Kakav je utjecaj oksida rijetkih zemalja u keramičkim premazima?

Keramika, metalni materijali i polimerni materijali navedeni su kao tri glavna čvrsta materijala. Keramika ima mnoga izvrsna svojstva, kao što su otpornost na visoke temperature, otpornost na koroziju, otpornost na trošenje itd., jer je način atomskog vezivanja keramike ionska veza, kovalentna veza ili mješovita ionsko-kovalentna veza s visokom energijom veze. Keramička prevlaka može promijeniti izgled, strukturu i izvedbu vanjske površine supstrata, kompozit premaz-supstrat favorizira se zbog svoje nove izvedbe. Može organski kombinirati izvorne karakteristike supstrata sa karakteristikama otpornosti na visoke temperature, visoke otpornosti na habanje i visoke otpornosti na koroziju keramičkih materijala, te u potpunosti iskoristiti sveobuhvatne prednosti dviju vrsta materijala, tako da se široko koristi u zrakoplovstvu , zrakoplovstvo, nacionalna obrana, kemijska industrija i druge industrije.

Rijetke zemlje nazivaju "riznicom" novih materijala zbog svoje jedinstvene 4f elektroničke strukture te fizičkih i kemijskih svojstava. Međutim, čisti metali rijetke zemlje rijetko se koriste izravno u istraživanju, a uglavnom se koriste spojevi rijetke zemlje. Najčešći spojevi su CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS i ferosilicij rijetke zemlje. Ovi spojevi rijetke zemlje mogu poboljšati strukturu i svojstva keramičkih materijala i keramičkih premaza.

I Primjena oksida rijetkih zemalja u keramičkim materijalima

Dodavanje elemenata rijetke zemlje kao stabilizatora i pomoćnih sredstava za sinteriranje različitim keramičkim materijalima može smanjiti temperaturu sinteriranja, poboljšati čvrstoću i žilavost neke strukturne keramike i tako smanjiti troškove proizvodnje. U isto vrijeme, elementi rijetke zemlje također igraju vrlo važnu ulogu u poluvodičkim plinskim senzorima, mikrovalnim medijima, piezoelektričnoj keramici i drugoj funkcionalnoj keramici. Istraživanje je pokazalo da je zajedničko dodavanje dvaju ili više oksida rijetkih zemalja aluminij keramici bolje nego dodavanje jednog oksida rijetkih zemalja u aluminij keramiku. Nakon testa optimizacije, Y2O3+CeO2 ima najbolji učinak. Kada se doda 0,2% Y2O3+0,2% CeO2 na 1490 ℃, relativna gustoća sinteriranih uzoraka može doseći 96,2%, što premašuje gustoću uzoraka s bilo kojim oksidom rijetke zemlje Y2O3 ili CeO2 samim.

Učinak La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 u poticanju sinteriranja bolji je od dodavanja samo La2O3, a otpornost na habanje je očito poboljšana. Također pokazuje da miješanje dvaju oksida rijetkih zemalja nije jednostavno dodavanje, već postoji međudjelovanje između njih, što je korisnije za sinteriranje i poboljšanje performansi aluminijeve keramike, ali princip ostaje za proučavanje.

Osim toga, utvrđeno je da dodavanje miješanih oksida metala rijetkih zemalja kao pomoćnog sredstva za sinteriranje može poboljšati migraciju materijala, pospješiti sinteriranje MgO keramike i poboljšati gustoću. Međutim, kada je sadržaj miješanog metalnog oksida veći od 15%, relativna gustoća se smanjuje, a otvorena poroznost raste.

Drugo, utjecaj oksida rijetkih zemalja na svojstva keramičkih premaza

Postojeća istraživanja pokazuju da elementi rijetke zemlje mogu poboljšati veličinu zrna, povećati gustoću, poboljšati mikrostrukturu i pročistiti sučelje. Ima jedinstvenu ulogu u poboljšanju čvrstoće, žilavosti, tvrdoće, otpornosti na trošenje i otpornosti na koroziju keramičkih premaza, što u određenoj mjeri poboljšava učinkovitost keramičkih premaza i proširuje raspon primjene keramičkih premaza.

1

Poboljšanje mehaničkih svojstava keramičkih prevlaka oksidima rijetkih zemalja

Oksidi rijetkih zemalja mogu značajno poboljšati tvrdoću, čvrstoću na savijanje i vlačnu čvrstoću lijepljenja keramičkih premaza. Eksperimentalni rezultati pokazuju da se vlačna čvrstoća premaza može učinkovito poboljšati upotrebom Lao _ 2 kao aditiva u materijalu Al2O3+3% TiO _ 2, a vlačna čvrstoća veze može doseći 27,36 MPa kada je količina Lao _ 2 6,0 %. Dodavanjem CeO2 s masenim udjelom od 3,0% i 6,0% u Cr2O3 materijal, vlačna čvrstoća prianjanja prevlake je između 18~25MPa, što je više od izvornih 12~16MPa. Međutim, kada je sadržaj CeO2 9,0%, vlačna čvrstoća čvrstoća veze smanjuje se na 12~15MPa.

2

Poboljšanje otpornosti keramičke prevlake na toplinske udare pomoću rijetke zemlje

Test otpornosti na toplinske udare važan je test za kvalitativno određivanje čvrstoće veze između premaza i podloge i podudaranja koeficijenta toplinskog širenja između premaza i podloge. Izravno odražava sposobnost premaza da se odupre ljuštenju kada se temperatura mijenja naizmjenično tijekom uporabe, a također odražava sposobnost premaza da se odupre zamoru od mehaničkih udara i sposobnost lijepljenja sa supstratom sa strane. Stoga je to također ključni faktor za procjenu kvaliteta keramičkog premaza.

Istraživanje pokazuje da dodavanje 3,0%CeO2 može smanjiti poroznost i veličinu pora u premazu, te smanjiti koncentraciju naprezanja na rubovima pora, čime se poboljšava otpornost Cr2O3 premaza na toplinski udar. Međutim, poroznost Al2O3 keramičke prevlake se smanjila, a čvrstoća lijepljenja i vijek trajanja prevlake kod kvara zbog toplinskog udara očito su se povećali nakon dodavanja LaO2. Kada je dodana količina LaO2 6% (maseni udio), otpornost premaza na toplinski udar je najbolja, a vijek trajanja kvara kod termičkog udara može doseći 218 puta, dok je vijek trajanja premaza bez LaO2 samo 163 puta. puta.

3

Oksidi rijetkih zemalja utječu na otpornost premaza na trošenje

Oksidi rijetkih zemalja koji se koriste za poboljšanje otpornosti na trošenje keramičkih premaza uglavnom su CeO2 i La2O3. Njihova šesterokutna slojevita struktura može pokazati dobru funkciju podmazivanja i održati stabilna kemijska svojstva na visokoj temperaturi, što može učinkovito poboljšati otpornost na habanje i smanjiti koeficijent trenja.

Istraživanje pokazuje da je koeficijent trenja premaza s odgovarajućom količinom CeO2 mali i stabilan. Zabilježeno je da dodavanje La2O3 kermetnoj prevlaci na bazi nikla koja je raspršena plazmom može očito smanjiti trošenje trenjem i koeficijent trenja prevlake, a koeficijent trenja je stabilan s malim fluktuacijama. Pohabana površina sloja obloge bez rijetke zemlje pokazuje ozbiljnu adheziju i krti lom i pucanje, međutim, premaz koji sadrži rijetku zemlju pokazuje slabu adheziju na istrošenoj površini i nema znakova krhkog pucanja velike površine. Mikrostruktura premaza dopiranog rijetkom zemljom je gušća i kompaktnija, a pore su smanjene, što smanjuje prosječnu silu trenja koju nose mikroskopske čestice i smanjuje trenje i trošenje. Dopiranje rijetke zemlje također može povećati udaljenost od kristalne ravnine kermeta, vodi na promjenu sile međudjelovanja između dva kristalna lica i smanjuje koeficijent trenja.

Sažetak:

Iako su oksidi rijetkih zemalja postigli velika postignuća u primjeni keramičkih materijala i premaza, koji mogu učinkovito poboljšati mikrostrukturu i mehanička svojstva keramičkih materijala i premaza, još uvijek postoje mnoga nepoznata svojstva, posebno u smanjenju trenja i trošenja. Kako napraviti čvrstoća i otpornost materijala na habanje u suradnji s njihovim svojstvima podmazivanja postala je važan smjer vrijedan rasprave u području tribologije.

Tel: +86-21-20970332E-mail:info@shxlchem.com