Importanti composti delle terre rare: quali sono gli usi della polvere di ossido di ittrio?
Le terre rare sono una risorsa strategica estremamente importante e svolgono un ruolo insostituibile nella produzione industriale. Il vetro dell'automobile, la risonanza magnetica nucleare, la fibra ottica, il display a cristalli liquidi, ecc. sono inseparabili dall'aggiunta di terre rare. Tra questi, l'ittrio (Y) è uno degli elementi metallici delle terre rare ed è una sorta di metallo grigio. Tuttavia, a causa del suo alto contenuto nella crosta terrestre, il prezzo è relativamente economico ed è ampiamente utilizzato. Nell'attuale produzione sociale, viene utilizzato principalmente nello stato di lega di ittrio e ossido di ittrio.
Ittrio metallico
Tra questi, l'ossido di ittrio (Y2O3) è il composto dell'ittrio più importante. È insolubile in acqua e alcali, solubile in acido e ha l'aspetto di polvere cristallina bianca (la struttura cristallina appartiene al sistema cubico). Ha un'ottima stabilità chimica ed è sotto vuoto. Bassa volatilità, elevata resistenza al calore, resistenza alla corrosione, alto dielettrico, trasparenza (infrarossi) e altri vantaggi, quindi è stato applicato in molti campi. Quali sono quelli specifici? Diamo un'occhiata.
La struttura cristallina dell'ossido di ittrio
01 Sintesi di polvere di zirconio stabilizzata con ittrio. Durante il raffreddamento di ZrO2 puro da alta temperatura a temperatura ambiente si verificheranno i seguenti cambiamenti di fase: fase cubica (c) → fase tetragonale (t) → fase monoclina (m), dove t avverrà a 1150°C →m cambiamento di fase, accompagnato da un'espansione dei volumi di circa il 5%. Tuttavia, se il punto di transizione di fase t→m di ZrO2 è stabilizzato a temperatura ambiente, la transizione di fase t→m è indotta dallo stress durante il carico. A causa dell'effetto volume generato dal cambiamento di fase, viene assorbita una grande quantità di energia di frattura , in modo che il materiale presenti un'energia di frattura anormalmente elevata, in modo che il materiale presenti una tenacità a frattura anormalmente elevata, con conseguente tenacità alla trasformazione di fase, elevata tenacità ed elevata resistenza all'usura. sesso.
Per ottenere l'indurimento a cambiamento di fase della ceramica di zirconio, è necessario aggiungere un determinato stabilizzante e, in determinate condizioni di cottura, la meta-stabilizzazione di fase tetragonale stabile ad alta temperatura a temperatura ambiente, ottiene una fase tetragonale che può essere trasformata di fase a temperatura ambiente . È l'effetto stabilizzante degli stabilizzanti sulla zirconia. Y2O3 è lo stabilizzatore di ossido di zirconio più studiato finora. Il materiale Y-TZP sinterizzato ha eccellenti proprietà meccaniche a temperatura ambiente, elevata resistenza, buona tenacità alla frattura e la dimensione dei grani del materiale nel suo insieme è piccola e uniforme, quindi ha attirato più attenzione. 02 Ausiliari di sinterizzazione La sinterizzazione di molte ceramiche speciali richiede l'intervento di ausiliari di sinterizzazione. Il ruolo degli ausili di sinterizzazione può generalmente essere suddiviso nelle seguenti parti: formare una soluzione solida con la sinterizzazione; prevenire la trasformazione della forma cristallina; inibire la crescita dei grani cristallini; produrre fase liquida. Ad esempio, nella sinterizzazione dell'allumina, l'ossido di magnesio MgO viene spesso aggiunto come stabilizzatore della microstruttura durante il processo di sinterizzazione. Può affinare i grani, ridurre notevolmente la differenza nell'energia dei bordi dei grani, indebolire l'anisotropia della crescita dei grani e inibire la crescita discontinua dei grani. Poiché MgO è altamente volatile alle alte temperature, per ottenere buoni risultati, l'ossido di ittrio viene spesso miscelato con MgO. Y2O3 può affinare i grani di cristallo e promuovere la densificazione della sinterizzazione. Il granato sintetico di ittrio e alluminio in polvere 03YAG (Y3Al5O12) è un composto artificiale, privo di minerali naturali, incolore, la durezza Mohs può raggiungere 8,5, punto di fusione 1950 ℃, insolubile in acido solforico, acido cloridrico, acido nitrico, acido fluoridrico, ecc. Il metodo in fase solida ad alta temperatura è un metodo tradizionale per preparare la polvere YAG. Secondo il rapporto ottenuto nel diagramma di fase binario di ossido di ittrio e ossido di alluminio, le due polveri vengono miscelate e cotte ad alta temperatura e la polvere YAG si forma attraverso la reazione in fase solida tra gli ossidi. In condizioni di alta temperatura, nella reazione di allumina e ossido di ittrio, si formeranno prima le mesofasi YAM e YAP e infine si formerà YAG.
Il metodo in fase solida ad alta temperatura per preparare la polvere YAG ha molte applicazioni. Ad esempio, la dimensione del legame Al-O è piccola e l’energia del legame è elevata. Sotto l'impatto degli elettroni, le prestazioni ottiche sono mantenute stabili e l'introduzione di elementi di terre rare può migliorare significativamente le prestazioni di luminescenza del fosforo. E YAG può diventare fosforo drogandosi con ioni di terre rare trivalenti come Ce3+ ed Eu3+. Inoltre, il cristallo YAG ha una buona trasparenza, proprietà fisiche e chimiche molto stabili, un'elevata resistenza meccanica e una buona resistenza allo scorrimento termico. È un materiale in cristallo laser con un'ampia gamma di applicazioni e prestazioni ideali.
YAG crystal 04 ossido d'ittrio ceramico trasparente è da sempre il focus della ricerca nel campo della ceramica trasparente. Appartiene al sistema cristallino cubico e ha le proprietà ottiche isotrope di ciascun asse. Rispetto all'anisotropia dell'allumina trasparente, l'immagine è meno distorta, quindi gradualmente è stata valorizzata e sviluppata da obiettivi di fascia alta o finestre ottiche militari. Le principali caratteristiche delle sue proprietà fisiche e chimiche sono: ①Alto punto di fusione, la stabilità chimica e fotochimica è buona e l'intervallo di trasparenza ottica è ampio (0,23~8,0μm); ②A 1050 nm, il suo indice di rifrazione arriva fino a 1,89, il che gli conferisce una trasmittanza teorica superiore all'80%; ③Y2O3 ne ha abbastanza per accogliere la maggior parte Il gap di banda dalla banda di conduzione più ampia alla banda di valenza del livello di emissione degli ioni di terre rare trivalenti può essere efficacemente adattato mediante il drogaggio di ioni di terre rare. In modo da realizzare la multifunzionalizzazione della sua applicazione ; ④L'energia fononica è bassa e la sua frequenza di taglio massima è di circa 550 cm-1. La bassa energia fononica può sopprimere la probabilità di transizione non radiativa, aumentare la probabilità di transizione della radiazione e migliorare l'efficienza quantica della luminescenza; ⑤Elevata conduttività termica, circa 13,6 W/(m·K), l'elevata conduttività termica è estremamente
importante per questo come materiale solido per il laser.
Ceramica trasparente all'ossido di ittrio sviluppata dalla giapponese Kamishima Chemical Company
Il punto di fusione di Y2O3 è di circa 2690℃ e la temperatura di sinterizzazione a temperatura ambiente è di circa 1700~1800℃. Per realizzare ceramiche che trasmettono la luce, è meglio utilizzare la pressatura a caldo e la sinterizzazione. Grazie alle sue eccellenti proprietà fisiche e chimiche, le ceramiche trasparenti Y2O3 sono ampiamente utilizzate e potenzialmente sviluppate, tra cui: finestre e cupole a infrarossi per missili, lenti visibili e infrarosse, lampade a scarica di gas ad alta pressione, scintillatori ceramici, laser ceramici e altri campi
Orario di pubblicazione: 25 novembre 2021