Elementos da Terra rarason un termo xeral para 17 elementos metálicos, incluíndo 15 elementos lantánidos eScandiumeyttrium. Desde finais do século XVIII, foron moi utilizados en metalurxia, cerámica, vidro, petroquímicos, impresión e tinguidura, agricultura e silvicultura e outras industrias. A aplicación de elementos da Terra rara na industria cerámica do meu país comezou nos anos 30. Nos anos 70, a cantidade total deterras rarasUsado en materiais de cerámica alcanzou os 70 t/ano, representando aproximadamente o 2% ao 3% da produción doméstica total. Na actualidade, as terras raras úsanse principalmente en cerámica estrutural, cerámica funcional, esmalte de cerámica e outros campos. Co desenvolvemento continuo e a aplicación de novos materiais de terra rara, as terras raras úsanse como aditivos, estabilizadores e axudas para a sinterización en diversos materiais cerámicos, o que mellora moito o seu rendemento, reduce os custos de produción e fai posible a súa aplicación industrial.
Aplicación de elementos da Terra rara na cerámica estrutural
■ Aplicación enAL2O3A cerámica AL2O3 é a cerámica estrutural máis utilizada debido á súa alta resistencia, alta resistencia á temperatura, bo illamento, resistencia ao desgaste, resistencia á corrosión e boas propiedades electromecánicas. Engadindo óxidos de terra rara comoY2O3, LA2O3, SM2O3, etc. pode mellorar as propiedades de humectación dos materiais compostos Al2O3, reducir o punto de fusión dos materiais cerámicos; reducir a porosidade do material e aumentar a densidade; dificultar a migración doutros ións, reducir a taxa de migración dos límites do gran, inhibir o crecemento do gran e facilitar a formación de estruturas densas; Mellora a forza da fase de vidro, conseguindo así o propósito de mellorar as propiedades mecánicas da cerámica Al2O3.
■ Aplicación enSI3N4A cerámica Cerámica3N4 ten excelentes propiedades mecánicas, propiedades térmicas e estabilidade química e son os materiais máis prometedores para a cerámica estrutural de alta temperatura. Dado que SI3N4 é un forte composto de enlace covalente, o Puro Si3N4 non se pode densificar mediante sinterización de fase sólida convencional. Polo tanto, ademais da sinterización da reacción da nitridación directa do po SI, debe engadirse unha certa cantidade de axuda para facer un material denso. Na actualidade, as axudas de sinterización máis ideais para preparar a cerámica SI3N4 son óxidos de terra rara comoY2O3, ND2O3, eLA2O3. Por unha banda, estes óxidos de terra raros reaccionan con rastrexo de SiO2 na superficie do po SI3N4 a alta temperatura para xerar fases de vidro de alta temperatura que conteñen nitróxeno, que promoven efectivamente a sinterización da cerámica SI3N4; Por outra banda, forman os límites de gran de vidro Y-LA-SI-on con alta refracia e viscosidade, teñen unha alta resistencia á flexión de alta temperatura e unha boa resistencia á oxidación e son fáciles de precipitar os compostos cristalinos que conteñen Y e LA con altos puntos de fusión en condicións de alta temperatura, o que mellora a dureza da fractura de alta temperatura do material.
■ Aplicación enZro2A cerámica Zro2 Cerámica ten alta densidade, alto punto de fusión e dureza, especialmente a alta resistencia á flexión e a dureza da fractura, que son as máis altas entre todas as cerámicas. Dado que a transformación de cristal de ZRO2 vai acompañada dun cambio de volume evidente, o alcance do uso directo é limitado. Co afondamento dos traballos de investigación, descubriuse que a adición de óxidos de terra rara ten un mellor efecto inhibidor e estabilizador no cambio de fase de ZRO2. Os óxidos de terra raros usados son principalmente principalmenteY2O3,ND2O3, e CE2O3. O seu radio iónico está basicamente preto do de ZR4+, e poden formar solucións sólidas monoclinicas, tetragonais e cúbicas con ZRO2. Este tipo de material cerámico ZRO2 ten bos indicadores de rendemento técnico. Por exemplo,CEO2Pode formar unha rexión de fase de solución sólida de circonio tetragonal nunha ampla gama con ZRO2, que é un bo material de electrólito sólido. O ZRO2 estabilizado Y2O3 (YSZ) é un excelente material condutor de ións de osíxeno, que foi moi utilizado en pilas de combustible de óxido sólido (SOFC), sensores de osíxeno e reactores de membrana de oxidación parcial de metano.
■ Aplicación enSiccerámicaCarburo de silicioA cerámica é resistente a altas temperaturas, choques térmicos, corrosión, desgaste, boa condutividade térmica e peso lixeiro e úsanse comunmente cerámicas estruturais de alta temperatura. As fortes características de unión covalentes deSicDeterminar que é difícil conseguir unha densificación de sinterización en condicións normais. Normalmente é necesario engadir axudas de sinterización ou usar procesos de sinterización de prensado en quente e en quente. O proceso de produción é complicado e o custo é elevado. A axuda de sinterización máis eficaz para a sinterización sen presión de SIC é Al2O3-Y2O3; Os materiais compostos de cerámica SIC-YAG con Y3Al5O12 (YAG para curto), xa que a principal axuda de sinterización pode alcanzar a sinterización de densificación a unha temperatura máis baixa, polo que se considera un dos sistemas cerámicos de carburo de silicio máis prometedores.
■ Aplicación enAlncerámicaAlné un composto de enlace covalente cun alto punto de fusión, alta condutividade térmica, baixa constante dieléctrica e resistencia á corrosión de metais e aliaxes como o ferro e o aluminio. Ten unha excelente resistencia á temperatura en atmosferas especiais e é un substrato de circuíto integrado a gran escala ideal e material de envasado. Dado que o ALN é un enlace covalente, a sinterización é moi difícil e unha única axuda de sinterización só pode reducir a temperatura de sinterización en medida, polo que as axudas compostas (óxidos de metal de terra rara e óxidos de metal de terra alcalina) adoitan usarse como axudas de sinterización para formar unha fase líquida para promover a sinterización. Ademais, a sinterización das axudas tamén pode reaccionar coas impurezas de osíxeno enAln, reduce as prazas de aluminio causadas polo osíxeno parcial que se disolve no enreixado de ALN e mellore a condutividade térmica deAln.
■ A aplicación en cerámica Sialon Cerámica Sialon é unha especie de cerámica de nitruro policristalino non denso en base a base deSI3N4cerámica. Fórmanse por substitución parcial de átomos Si e N átomos enSI3N4por átomos de Al e O átomos en AL2O3. A súa forza, dureza e resistencia á oxidación son mellores que a cerámica SI3N4, e son especialmente adecuadas para compoñentes do motor cerámico e outros produtos cerámicos resistentes ao desgaste. Os materiais de Sialon non son fáciles de sinter. A introdución de óxidos de terra rara é propicio para a formación de fase líquida a unha temperatura máis baixa, o que promove efectivamente a sinterización. Ao mesmo tempo, os catións de terra rara poden entrar no enreixado da fase α-Si3N4, reducir o contido da fase de vidro e formar unha fase de límite de gran, mellorando a temperatura ambiente e o rendemento de alta temperatura do material. Os estudos demostraron que engadir 1%Y2O3Pode formar unha fase de vidro de alta temperatura ao sinterizar a cerámica Sialon a altas temperaturas, que non só promove a sinterización, senón que tamén mellora a súa dureza da fractura. Ademais, engadir unha pequena cantidade de Y2O3 tamén mellora moito a súa resistencia á oxidación.
Aplicación de elementos de terra rara en cerámica funcional
Terras rarasestán intimamente relacionados coa cerámica funcional. Engadindo certoElementos da Terra raraPara as materias primas de moitas cerámicas funcionais non só pode mellorar a sinterización, a densidade, a forza, etc. da cerámica, senón que é máis importante, pode mellorar significativamente os seus efectos funcionais únicos.
1Papel na cerámica superconductora desde 1987, cando científicos materiais de China, Xapón, Estados Unidos e outros países descubriron que a cerámica de óxidoóxido de cobre de bario yttrium(YBCO) teñen unha excelente superconductividade de alta temperatura (TC ata 92K), a xente realizou moito traballo na investigación de rendemento e no desenvolvemento de aplicacións de cerámicas superconductoras de alta temperatura da Terra rara e fixeron moitos avances importantes. Estudos xaponeses demostraron que despois de substituír Y en YBCO porTerras raras lixeiras(Ln) comoNd, Sm, Eu, eGd, a forza de campo magnética crítica do material cerámico superconductor resultante LNBCO é mellorado significativamente, e a forza de fixación de fluxo magnético tamén se mellora moito, o que é de gran valor práctico en electricidade, almacenamento de enerxía e transporte. Usado Universidade de PekínZro2como substrato e quentouno a uns 200 ° C, e evaporou Y (ou outroterras raras), Os óxidos de BA e Cu no substrato en capas para o tratamento de difusión e tratáronos térmicamente no intervalo de temperatura de 800-900 ° C. A cerámica superconductora resultante mostrou un bo coeficiente de temperatura de resistencia metálica por encima dos 100k. Engadiu a Universidade Kagoshima en XapónTerra raraLA a SR e NB óxidos para facer unha película de cerámica, que mostrou superconductividade a 255k.
2 Aplicación en cerámica piezoeléctrica LEAD TITANATE (PBTIO3) é unha cerámica piezoeléctrica típica con efecto de acoplamiento de enerxía eléctrica mecánica. Ten unha alta temperatura curie (490 ° C) e unha constante dieléctrica baixa e é adecuada para a aplicación en condicións de alta temperatura e alta frecuencia. Non obstante, durante o seu proceso de preparación e refrixeración, as micro fisuras son propensas a producirse debido á transición de fase cúbica-tetragonal. Para resolver este problema, úsanse terras raras para modificalo. Despois de sinterizar a 1150 ° C, pódese obter a cerámica de re-pbtio3 cunha densidade relativa do 99%. A microestrutura é mellorada significativamente e pódese usar para fabricar matrices de transductor traballando en condicións de alta frecuencia de 75 MHz. En cerámica piezoeléctrica de titanato de circonato de plomo (PZT) con altos coeficientes piezoeléctricos, engadindo óxidos de terra raros como comoLA2O3, SM2O3, eND2O3, as propiedades de sinterización da cerámica PZT pódense mellorar significativamente e pódense obter propiedades eléctricas e piezoeléctricas estables. Ademais, pódese mellorar o rendemento da cerámica PZT engadindo unha pequena cantidade de óxido de terra raraCEO2. Despois de engadir CEO2, a resistividade do volume da cerámica PZT aumenta, o que é propicio para a realización da polarización baixo a alta temperatura e o campo eléctrico alto no proceso, e tamén se melloran a súa resistencia ao envellecemento do tempo e ao envellecemento da temperatura. Cerámica PZT modificada porterras rarasforon moi utilizados en xeradores de alta tensión, xeradores de ultrasóns, transductores acústicos submarinos e outros dispositivos.
3Aplicación en cerámica condutiva Yttrium-Estabilizado de circonia (YSZ) Cerámica conóxido de terra rara Y2O3Como os aditivos teñen unha boa estabilidade térmica e química a altas temperaturas, son bos condutores de ións de osíxeno e teñen unha posición destacada na cerámica condutiva de ións. Os sensores de cerámica YSZ utilizáronse con éxito para medir a presión parcial de osíxeno no escape do automóbil, controlan efectivamente a relación aire/combustible e teñen importantes efectos de aforro de enerxía. Eles foron moi empregados en caldeiras industriais, fornos de fundición, incineradoras e outros equipos baseados na combustión. Non obstante, a cerámica YSZ só mostra unha alta condutividade iónica cando a temperatura é superior a 900 ° C, polo que a súa aplicación segue suxeita a certas restricións. Investigacións existentes descubriron que engadir unha cantidade adecuada de Y2O3 ouGD2O3 to BI2O3A cerámica con maior condutividade iónica pode estabilizar a fase cúbica centrada na cara de BI2O3 ata a temperatura ambiente. Ao mesmo tempo, os patróns de difracción de raios X tamén demostraron que (BI2O3) 0,75 · (Y2O3) 0,25 e (BI2O3) 0,65 · (GD2O3) 0,35 son estruturas cúbicas centradas na cara estable con alta condutividade de iones de osíxeno. Despois de revestir o lado desta cerámica cunha película protectora de (ZRO2) 0,92 (Y2O3) 0,08, as pilas de combustible e os sensores de osíxeno con alta condutividade iónica e unha boa estabilidade que pode funcionar en condicións de temperatura media (500 ~ 800 ℃) poden prepararse e montarse, o que é propicio para resolver as dificultades traídas por tecnoloxía de alta temperatura.
4 A aplicación en cerámica dieléctrica Cerámica dieléctrica úsase principalmente para facer condensadores de cerámica e compoñentes dieléctricos de microondas. En cerámica dieléctrica comoTiO2, Mgtio3,Batio3e a súa cerámica dieléctrica composta, engadindoterras rarascomo LA, ND e DY poden mellorar significativamente as súas propiedades dieléctricas. Por exemplo, en cerámica Batio3 cunha alta constante dieléctrica, engadindo compostos de terra rara e ND cun valor constante dieléctrico de ε = 30 ~ 60 pode manter o seu dieléctrico constante estable nun amplo rango de temperatura e a vida útil do dispositivo é significativamente mellorada. En cerámica dieléctrica para condensadores de compensación térmica, as terras raras tamén se poden engadir adecuadamente segundo sexa necesario para mellorar ou axustar a constante dieléctrica, o coeficiente de temperatura e o factor de calidade da cerámica, ampliando así o seu rango de aplicacións. A cerámica de titanato de magnesio térmicamente estable modifícase con LA2O3, e a cerámica MGO · TIO2-LA2O3-TIO2 obtida e Catio3-MGTIO3-LA2TIO5 Cerámica non só mantén as características orixinais de baixa perda dieléctrica e coeficiente de temperatura, senón que tamén mellora significativamente as súas características orixinaisconstante.
5 A aplicación en cerámica sensible Cerámica sensible é un tipo importante de cerámica funcional. Caracterízanse por ser sensibles a certas condicións externas como tensión, composición de gas, temperatura, humidade, etc. Polo tanto, poden controlar circuítos, procesos operativos ou ambientes mediante a reacción ou o cambio dos seus parámetros de rendemento eléctricos relacionados. Son moi utilizados como elementos de detección nos circuítos de control, polo que tamén se chaman cerámica de sensores. Hai unha estreita relación entre as terras raras e o rendemento deste tipo de cerámica.
(1) Cerámica electro-óptica: engadindo óxido de terra raraLA2O3Para PZT, pódese obter cerámica electro-óptica de titanato de lantán transparente (PLZT). O material de matriz orixinal PZT é xeralmente opaco debido á presenza de poros, fases de límite de gran e anisotropía, mentres que a adición de LA2O3 fai que a súa microestrutura sexa uniforme, elimina en gran parte os poros, debilita os seus límites de anisotropía e reduce significativamente a dispersión lixeira. Polo tanto, PLZT ten un bo rendemento de transmisión de luz. PLZT úsase amplamente en lentes para protexer a radiación de explosión nuclear, fiestras de bombardeiros pesados, moduladores de comunicación óptica, dispositivos de gravación holográfica, etc.
(2) Cerámica Varistor: A Universidade Central de Tecnoloxía do Sur estudou o efecto dos elementos da Terra rara nas propiedades eléctricas da cerámica de ZnO Varistor. Despois de ZnO, a cerámica do varistor foi dopada con óxido de terra raraLA2O3, o seu valor VLMA de VLMA de varistor aumentou significativamente; Cando a cantidade de dopaxe aumentou do 0,1% ao 10%, o coeficiente non lineal α da cerámica diminuíu de 20 a 1 e basicamente non tiña propiedades de varistor. Polo tanto, para a cerámica ZnO, a dopaxe de elementos de terra rara de baixa concentración pode aumentar o seu valor de tensión do varistor, pero ten pouco efecto sobre o coeficiente non lineal; e a dopaxe de alta concentración non mostra características do varistor.
(3) Cerámica sensible ao gas: desde a década de 1970, a xente fixo moitas investigacións sobre o papel de engadir óxidos de terra raros a materiais cerámicos sensibles ao gas como ZnO,SNO2eFE2O3e produciron materiais de óxido composto de terra raras ABO3 e A2BO4. Os resultados da investigación demostran que engadir óxidos de terra rara a ZnO pode mellorar significativamente a súa sensibilidade ao propileno; engadindoCEO2A SNO2 pode producir un elemento sinterizado sensible ao etanol.
(4) A cerámica termistor: o titanato de bario (Batio3) é a cerámica termistor máis estudada e moi utilizada. Cando rastrexa elementos de terra rara como la, ce, sm, dy, y, etc. engádense a Batio3 (a fracción atómica molar é controlada ata o 0,2% ao 0,3%), parte de BA2+ é substituída por re3+ por un radio similar a Ba2+, xerando excesións positivas e formando un rumbo debilmente a través da acción do TI4+, como a resistencia de resistencia de resistencia, a resistencia de resistencia de que a resistencia é un excesivo. Non obstante, se a cantidade de dopaxe supera un certo valor, debido á formación de prazas BA2+ e á desaparición de transportistas condutores, a resistividade da cerámica aumenta drasticamente e incluso se fai illante.
(5) Cerámica sensible á humidade: entre os distintos tipos de cerámica sensible á humidade, as terras raras engadidas actualmente están principalmente lantán e os seus óxidos, como o sistema SR1-xlaxsNO3, o sistema LA2O3-TIO2, LA2O3-TIO2-V2O5, SR0.95LA0.05SNO3 e PD0.91LA0.09 (ZR0.65TI0.35) 0.98O3-KH2PO3, etc. Para mellorar aínda máis a sensibilidade da cerámica de humidade, en termos de realismo e estabilidade e para mellorar a súa práctica, tamén é necesario fortalecer a investigación sobre a influencia de de influencia de de de de deTerra raraAdición sobre as propiedades relevantes da cerámica.
Estamos especializados na exportación de produtos da Terra rara, para mercar produtos da Terra rara, benvidosContacta connosco
Sales@shxlchem.com; Delia@shxlchem.com
WhatsApp & Tel: 008613524231522; 0086 13661632459
Tempo de publicación: FEB-06-2025