Elemen Bumi Jarangadalah istilah umum untuk 17 elemen logam, termasuk 15 elemen lanthanide danSkandiumDanyttrium. Sejak akhir abad ke -18, mereka telah banyak digunakan dalam metalurgi, keramik, kaca, petrokimia, pencetakan dan pewarnaan, pertanian dan kehutanan dan industri lainnya. Penerapan elemen -elemen tanah jarang di industri keramik negara saya dimulai pada 1930 -an. Pada tahun 1970 -an, jumlah totalBumi jarangDigunakan dalam bahan keramik mencapai 70t/tahun, menyumbang sekitar 2% hingga 3% dari total produksi domestik. Saat ini, tanah jarang terutama digunakan dalam keramik struktural, keramik fungsional, glasir keramik dan bidang lainnya. Dengan pengembangan berkelanjutan dan penerapan bahan tanah jarang baru, tanah jarang digunakan sebagai aditif, penstabil dan alat bantu sintering dalam berbagai bahan keramik, yang sangat meningkatkan kinerja mereka, mengurangi biaya produksi, dan memungkinkan aplikasi industri mereka.
Penerapan elemen tanah jarang dalam keramik struktural
■ Aplikasi diAl2o3Keramik AL2O3 Keramik adalah keramik struktural yang paling banyak digunakan karena kekuatannya yang tinggi, ketahanan suhu tinggi, isolasi yang baik, ketahanan aus, ketahanan korosi, dan sifat elektromekanis yang baik. Menambahkan oksida tanah jarang sepertiY2O3, LA2O3, Sm2o3, dll. Dapat meningkatkan sifat pembasahan bahan komposit Al2O3, mengurangi titik leleh bahan keramik; mengurangi porositas material dan meningkatkan kepadatan; menghambat migrasi ion lain, mengurangi tingkat migrasi batas butir, menghambat pertumbuhan butir, dan memfasilitasi pembentukan struktur padat; Tingkatkan kekuatan fase kaca, sehingga mencapai tujuan meningkatkan sifat mekanik keramik AL2O3.
■ Aplikasi diSI3N4Keramik Ceramicssi3n4 memiliki sifat mekanik yang sangat baik, sifat termal dan stabilitas kimia, dan merupakan bahan yang paling menjanjikan untuk keramik struktural suhu tinggi. Karena Si3N4 adalah senyawa ikatan kovalen yang kuat, SI3N4 murni tidak dapat dipadatkan oleh sintering fase padat konvensional. Oleh karena itu, selain sintering reaksi nitridasi langsung bubuk Si, sejumlah bantuan sintering harus ditambahkan untuk membuat bahan yang padat. Saat ini, alat bantu sintering yang lebih ideal untuk mempersiapkan keramik Si3N4 adalah oksida tanah jarang sepertiY2O3, Nd2o3, DanLA2O3. Di satu sisi, oksida tanah jarang ini bereaksi dengan jejak SiO2 pada permukaan bubuk Si3N4 pada suhu tinggi untuk menghasilkan fase kaca suhu tinggi yang mengandung nitrogen, yang secara efektif mempromosikan sintering keramik Si3N4; Di sisi lain, mereka membentuk batas butir kaca y-la-on dengan refraktoris dan viskositas tinggi, memiliki kekuatan lentur suhu tinggi tinggi dan ketahanan oksidasi yang baik, dan mudah untuk mengendapkan senyawa kristal yang mengandung Y dan LA dengan titik leleh yang tinggi di bawah kondisi suhu tinggi, yang meningkatkan ketangguhan fruncure suhu tinggi dari materi.
■ Aplikasi diZro2Keramik ZRO2 Keramik memiliki kepadatan tinggi, titik leleh dan kekerasan yang tinggi, terutama kekuatan lentur tinggi dan ketangguhan patah tulang, yang merupakan yang tertinggi di antara semua keramik. Karena transformasi kristal ZRO2 disertai dengan perubahan volume yang jelas, ruang lingkup penggunaan langsung terbatas. Dengan pendalaman pekerjaan penelitian, ditemukan bahwa penambahan oksida tanah jarang memiliki efek penghambatan dan stabilisasi yang lebih baik pada perubahan fase ZRO2. Oksida tanah jarang yang umum digunakan terutama adalahY2O3,Nd2o3, dan ce2o3. Jari -jari ionik mereka pada dasarnya dekat dengan ZR4+, dan mereka dapat membentuk larutan padat monoklinik, tetragonal dan substitusi kubik dengan ZRO2. Jenis bahan keramik ZRO2 ini memiliki indikator kinerja teknis yang baik. Misalnya,CEO2Dapat membentuk daerah fase larutan padat zirkonia tetragonal dalam kisaran luas dengan ZRO2, yang merupakan bahan elektrolit padat yang baik. ZRO2 yang distabilkan Y2O3 (YSZ) adalah bahan konduktor ion oksigen yang sangat baik, yang telah banyak digunakan dalam sel bahan bakar oksida padat (SOFC), sensor oksigen, dan reaktor membran oksidasi parsial metana.
■ Aplikasi diSickeramikSilikon karbidaKeramik tahan terhadap suhu tinggi, guncangan termal, korosi, keausan, konduktivitas termal yang baik dan bobot ringan, dan biasanya digunakan keramik struktural suhu tinggi. Karakteristik ikatan kovalen yang kuat dariSicTentukan bahwa sulit untuk mencapai kepadatan sintering dalam kondisi normal. Biasanya perlu untuk menambahkan alat bantu sintering atau menggunakan proses sintering penekan isostatik panas yang panas. Proses produksi rumit dan biayanya tinggi. Bantuan sintering yang paling efektif untuk sintering SIC tanpa tekanan adalah Al2O3-Y2O3; Bahan komposit keramik sic-yag dengan y3al5o12 (YAG singkat) karena bantuan sintering utama dapat mencapai kepadatan sintering pada suhu yang lebih rendah, sehingga mereka dianggap sebagai salah satu sistem keramik silikon karbida silikon yang paling menjanjikan.
■ Aplikasi diAlnkeramikAlnadalah senyawa ikatan kovalen dengan titik leleh yang tinggi, konduktivitas termal tinggi, konstanta dielektrik rendah, dan resistensi terhadap korosi logam dan paduan seperti besi dan aluminium. Ini memiliki resistensi suhu tinggi yang sangat baik di atmosfer khusus dan merupakan substrat sirkuit terintegrasi skala besar yang ideal. Karena ALN adalah ikatan kovalen, sintering sangat sulit, dan bantuan sintering tunggal hanya dapat mengurangi suhu sintering sampai batas terbatas, sehingga alat bantu komposit (oksida logam tanah jarang dan alkali oksida logam bumi) biasanya digunakan sebagai bantuan sintering untuk membentuk fase cair untuk meningkatkan sintering. Selain itu, alat bantu sintering juga dapat bereaksi dengan pengotor oksigenAln, mengurangi lowongan aluminium yang disebabkan oleh oksigen parsial yang melarutkan ke dalam kisi ALN, dan meningkatkan konduktivitas termalAln.
■ Penerapan dalam keramik sialon keramik sialon adalah sejenis keramik nitrida polikristalin yang dikembangkan berdasarkanSI3N4keramik. Mereka dibentuk dengan penggantian sebagian atom Si dan atom NSI3N4oleh atom al dan atom O di al2O3. Kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan oksidasi mereka lebih baik daripada keramik Si3N4, dan mereka sangat cocok untuk komponen mesin keramik dan produk keramik tahan aus lainnya. Bahan sialon tidak mudah untuk disinter. Pengenalan oksida tanah jarang kondusif untuk pembentukan fase cair pada suhu yang lebih rendah, yang secara efektif mempromosikan sintering. Pada saat yang sama, kation tanah jarang dapat memasuki kisi fase α-SI3N4, mengurangi kandungan fase kaca dan membentuk fase batas butir, meningkatkan suhu kamar dan kinerja suhu tinggi bahan. Studi telah menunjukkan bahwa menambahkan 1%Y2O3Dapat membentuk fase kaca suhu tinggi ketika sintering keramik sialon pada suhu tinggi, yang tidak hanya mempromosikan sintering, tetapi juga meningkatkan ketangguhan frakturnya. Selain itu, menambahkan sejumlah kecil Y2O3 juga sangat meningkatkan ketahanan oksidasi.
Penerapan elemen tanah jarang dalam keramik fungsional
Bumi jarangterkait erat dengan keramik fungsional. Menambahkan tertentuElemen Bumi JarangUntuk bahan baku dari banyak keramik fungsional tidak hanya dapat meningkatkan sintering, kepadatan, kekuatan, dll. Dari keramik, tetapi yang lebih penting, itu dapat secara signifikan meningkatkan efek fungsional uniknya.
1Peran dalam keramik superkonduktor sejak 1987, ketika para ilmuwan material dari Cina, Jepang, Amerika Serikat dan negara -negara lain menemukan bahwa keramik oksidayttrium barium tembaga oksida(YBCO) Memiliki superkonduktivitas suhu tinggi yang sangat baik (TC hingga 92K), orang telah melakukan banyak pekerjaan dalam penelitian kinerja dan pengembangan aplikasi keramik superkonduktor suhu tinggi bumi, dan telah membuat banyak kemajuan besar. Studi Jepang telah menunjukkan bahwa setelah mengganti Y di YBCO denganBumi jarang cahaya(Ln) sepertiNd, Sm, Eu, DanGd, Kekuatan medan magnet kritis dari bahan keramik superkonduktor yang dihasilkan LNBCO secara signifikan ditingkatkan, dan gaya pinning fluks magnetik juga sangat ditingkatkan, yang memiliki nilai praktis dalam listrik, penyimpanan energi, dan transportasi. Universitas Peking digunakanZro2sebagai substrat dan memanaskannya sekitar 200 ° C, dan menguapkan Y (atau lainnyaBumi jarang), BA oksida dan Cu pada substrat pada lapisan untuk perlakuan difusi, dan panas memperlakukannya dalam kisaran suhu 800-900 ° C. Keramik superkonduktor yang dihasilkan menunjukkan koefisien suhu resistansi logam yang baik di atas 100 ribu. Universitas Kagoshima di Jepang menambahkantanah jarangLA ke SR dan NB oksida untuk membuat film keramik, yang memamerkan superkonduktivitas pada 255K.
2 Aplikasi dalam piezoelectric keramik lead titanate (PBTIO3) adalah keramik piezoelektrik yang khas dengan efek kopling energi energi-listrik mekanik. Ini memiliki suhu Curie yang tinggi (490 ° C) dan konstanta dielektrik rendah, dan cocok untuk aplikasi di bawah suhu tinggi dan kondisi frekuensi tinggi. Namun, selama proses persiapan dan pendinginannya, retak mikro rentan terjadi karena transisi fase-tetragonal kubik. Untuk mengatasi masalah ini, tanah jarang digunakan untuk memodifikasinya. Setelah sintering pada suhu 1150 ° C, keramik Re-PBTIO3 dengan kepadatan relatif 99% dapat diperoleh. Struktur mikro secara signifikan ditingkatkan dan dapat digunakan untuk memproduksi array transduser yang bekerja di bawah kondisi frekuensi tinggi 75MHz. Dalam lead zirconate titanate (PZT) keramik piezoelektrik dengan koefisien piezoelektrik tinggi, dengan menambahkan oksida tanah jarang sepertiLA2O3, Sm2o3, DanNd2o3, sifat sintering keramik PZT dapat secara signifikan ditingkatkan dan sifat listrik dan piezoelektrik dapat diperoleh. Selain itu, kinerja keramik PZT dapat ditingkatkan dengan menambahkan sejumlah kecil oksida tanah jarangCEO2. Setelah menambahkan CEO2, resistivitas volume keramik PZT meningkat, yang kondusif untuk realisasi polarisasi di bawah suhu tinggi dan medan listrik tinggi dalam proses, dan resistensi terhadap penuaan waktu dan penuaan suhu juga ditingkatkan. Keramik PZT dimodifikasi olehBumi jarangtelah banyak digunakan dalam generator tegangan tinggi, generator ultrasonik, transduser akustik bawah air dan perangkat lainnya.
3Aplikasi dalam keramik keramik konduktif YTTRIUM-STABLICEZED ZIRCONIA (YSZ) keramik denganoksida tanah jarang Y2O3Karena aditif memiliki stabilitas termal dan kimia yang baik pada suhu tinggi, adalah konduktor ion oksigen yang baik, dan memiliki posisi yang menonjol dalam keramik konduktif ion. Sensor keramik YSZ telah berhasil digunakan untuk mengukur tekanan parsial oksigen pada knalpot mobil, secara efektif mengontrol rasio udara/bahan bakar, dan memiliki efek hemat energi yang signifikan. Mereka telah banyak digunakan dalam boiler industri, tungku peleburan, insinerator dan peralatan berbasis pembakaran lainnya. Namun, keramik YSZ hanya menunjukkan konduktivitas ionik yang tinggi ketika suhu lebih tinggi dari 900 ° C, sehingga aplikasinya masih tunduk pada pembatasan tertentu. Penelitian yang ada telah menemukan bahwa menambahkan jumlah Y2O3 yang sesuai atauGD2O3 to BI2O3Keramik dengan konduktivitas ionik yang lebih tinggi dapat menstabilkan fase kubik bi2O3 yang berpusat pada wajah hingga suhu kamar. Pada saat yang sama, pola difraksi sinar-X juga menunjukkan bahwa (BI2O3) 0,75 · (Y2O3) 0,25 dan (BI2O3) 0,65 · (GD2O3) 0,35 adalah struktur kubik yang berpusat pada wajah yang stabil dengan konduktivitas ion oksigen tinggi. Setelah melapisi sisi keramik ini dengan film pelindung (ZRO2) 0,92 (Y2O3) 0,08, sel bahan bakar dan sensor oksigen dengan konduktivitas ionik tinggi dan stabilitas yang baik yang dapat bekerja dalam kondisi suhu sedang (500 ~ 800 ℃) dapat disiapkan dan dirakit, yang kondusif untuk menyelesaikan kesulitan yang disebabkan oleh obat-obatan tinggi.
4 Aplikasi dalam keramik dielektrik keramik dielektrik terutama digunakan untuk membuat kapasitor keramik dan komponen dielektrik microwave. Dalam keramik dielektrik sepertiTiO2, Mgtio3,Batio3dan keramik dielektrik komposit mereka, menambahkanBumi jarangseperti LA, ND, dan DY dapat secara signifikan meningkatkan sifat dielektriknya. Sebagai contoh, dalam keramik BATIO3 dengan konstanta dielektrik tinggi, menambahkan senyawa tanah langka LA dan ND dengan nilai konstan dielektrik ε = 30 ~ 60 dapat menjaga konstanta dielektriknya stabil pada kisaran suhu yang luas, dan masa pakai perangkat secara signifikan ditingkatkan. Dalam keramik dielektrik untuk kapasitor kompensasi termal, tanah jarang juga dapat ditambahkan dengan tepat sesuai kebutuhan untuk meningkatkan atau menyesuaikan konstanta dielektrik, koefisien suhu, dan faktor keramik, sehingga memperluas rentang aplikasinya. Keramik magnesium magnesium magnesium yang stabil secara termal dimodifikasi dengan LA2O3, dan keramik MGO · TiO2-LA2O3-TiO2 dan CATIO3-MGTIO3-LA2TiO5 tidak hanya mempertahankan karakteristik asli dari kehilangan dielektrik rendah dan koefisien suhu, tetapi juga secara signifikan meningkatkan dielektrik mereka secara signifikan meningkatkan dielektrik mereka secara signifikan secara signifikan meningkatkan secara signifikan.konstan.
5 Aplikasi dalam keramik keramik sensitif adalah jenis keramik fungsional yang penting. Mereka ditandai dengan menjadi peka terhadap kondisi eksternal tertentu seperti tegangan, komposisi gas, suhu, kelembaban, dll. Oleh karena itu, mereka dapat memantau sirkuit, proses operasi atau lingkungan melalui reaksi atau perubahan parameter kinerja listrik terkait. Mereka banyak digunakan sebagai elemen penginderaan di sirkuit kontrol, sehingga mereka juga disebut keramik sensor. Ada hubungan dekat antara tanah jarang dan kinerja jenis keramik ini.
(1) Keramik elektro-optik: Dengan menambahkan oksida tanah jarangLA2O3Untuk PZT, keramik elektro-optik Lanthanum Zirconate Titanate (PLZT) dapat diperoleh. Bahan matriks asli PZT umumnya buram karena adanya pori -pori, fase batas butir dan anisotropi, sedangkan penambahan LA2O3 membuat seragam mikrostrukturnya, sebagian besar menghilangkan pori -pori, melemahkan anisotropi, dan secara signifikan mengurangi hamburan cahaya yang disebabkan oleh beberapa refraksi pada batas grain dan fase kedua. Oleh karena itu, PLZT memiliki kinerja transmisi cahaya yang baik. PLZT banyak digunakan dalam kacamata untuk melindungi radiasi ledakan nuklir, jendela pembom berat, modulator komunikasi optik, perangkat perekaman holografik, dll.
(2) Keramik Varistor: Central South University of Technology mempelajari efek elemen tanah jarang pada sifat listrik keramik ZnO Varistor. Setelah Zno Varistor, keramik didoping dengan oxide tanah jarangLA2O3, nilai varistor varistor mereka meningkat secara signifikan; Ketika jumlah doping meningkat dari 0,1% menjadi 10%, koefisien nonlinier α dari keramik menurun dari 20 menjadi 1, dan pada dasarnya tidak memiliki sifat varistor. Oleh karena itu, untuk keramik ZnO, doping elemen tanah jarang konsentrasi rendah dapat meningkatkan nilai tegangan varistornya, tetapi memiliki sedikit efek pada koefisien nonlinier; dan doping konsentrasi tinggi tidak menunjukkan karakteristik varistor.
(3) Keramik sensitif terhadap gas: Sejak tahun 1970-an, orang telah melakukan banyak penelitian tentang peran menambahkan oksida tanah jarang ke bahan keramik yang peka terhadap gas seperti ZnO,Sno2DanFe2O3, dan telah menghasilkan bahan oksida komposit tanah jarang ABO3 dan A2BO4. Hasil penelitian menunjukkan bahwa menambahkan oksida tanah jarang ke ZnO dapat secara signifikan meningkatkan sensitivitasnya terhadap propilena; menambahkanCEO2untuk SNO2 dapat menghasilkan elemen sintered yang sensitif terhadap etanol.
(4) Keramik termistor: barium titanate (BATIO3) adalah keramik termistor yang paling banyak dipelajari dan banyak digunakan. Ketika trace elemen tanah jarang seperti la, ce, sm, dy, y, dll ditambahkan ke BATIO3 (fraksi atom molar dikendalikan menjadi 0,2% hingga 0,3%), bagian dari Ba2+ digantikan oleh RE3+ dengan radius yang mirip dengan BA2+, menghasilkan kelebihan muatan positif dan pembentukan elektron yang terikat dengan Ti -Tiam, SO. Namun, jika jumlah doping melebihi nilai tertentu, karena pembentukan lowongan Ba2+ dan hilangnya pembawa konduktif, resistivitas keramik naik tajam dan bahkan menjadi isolator.
(5) Keramik yang peka terhadap kelembaban: Di antara berbagai jenis keramik yang peka terhadap kelembaban, tanah jarang yang saat ini ditambahkan terutama adalah lanthanum dan oksida, seperti sistem SR1-XLAXSNO3, sistem LA2O3-TiO2, LA2O3-TiO2-V2O5 System, SR0.95LA0.05S dan Sistem V2O5, SR0.95LA0.05S.05S dan SR0.95LA0.05S.05S.05.05.05.05.05.05.05.05.05.05.05.05.05.05.05.05.05.05.05.05. Pd0.91La0.09(Zr0.65Ti0.35)0.98O3-KH2PO3, etc. In order to further improve the sensitivity of humidity ceramics, in terms of realism and stability, and to enhance their practicality, it is also necessary to strengthen the research on the influence oftanah jarangPenambahan pada sifat keramik yang relevan.
Kami berspesialisasi dalam ekspor produk tanah jarang, untuk membeli produk rare earth, selamat datangmenghubungi kami
Sales@shxlchem.com; Delia@shxlchem.com
Whatsapp & tel: 008613524231522; 0086 13661632459
Waktu posting: Feb-06-2025