יישום אלמנטים אדמה נדירים בקרמיקה מתקדמת

 יסודות אדמה נדיריםהם מונח כללי עבור 17 אלמנטים מתכתיים, כולל 15 אלמנטים של לנטניד וסקנדיוםוכןyttriumו מאז סוף המאה ה -18 הם נמצאים בשימוש נרחב במתכות, קרמיקה, זכוכית, פטרוכימיה, הדפסה וצביעה, חקלאות ויערות ותעשיות אחרות. היישום של גורמי כדור הארץ הנדירים בתעשיית הקרמיקה של ארצי החל בשנות השלושים. בשנות השבעים, הסכום הכולל שלאדמות נדירותמשמש בחומרים קרמיים הגיע ל -70 ט 'לשנה, והיוו כ -2% עד 3% מכלל הייצור המקומי. נכון לעכשיו, אדמות נדירות משמשות בעיקר בקרמיקה מבנית, קרמיקה פונקציונלית, זיגוג קרמיקה ושדות אחרים. עם פיתוח ויישום רציף של חומרי אדמה נדירים חדשים, אדמות נדירות משמשות כתוספים, מייצבים ועזרי סינון בחומרים קרמיים שונים, מה שמשפר מאוד את ביצועיהם, מצמצם את עלויות הייצור ומאפשר את היישום התעשייתי שלהם.

יישום יסודות אדמה נדירים בקרמיקה מבנית

■ יישום בAL2O3קרמיקה קרמיקה AL2O3 היא הקרמיקה המבנית הנפוצה ביותר בגלל חוזקם הגבוה, עמידות לטמפרטורה גבוהה, בידוד טוב, עמידות בלאי, עמידות בפני קורוזיה ותכונות אלקטרומכניות טובות. הוספת תחמוצות אדמה נדירות כמוY2O3, LA2O3, SM2O3וכו 'יכול לשפר את תכונות ההרטבה של חומרים מורכבים Al2O3, להפחית את נקודת ההיתוך של חומרי קרמיקה; להפחית את נקבוביות החומר ולהגדיל את הצפיפות; להפריע להגירה של יונים אחרים, להפחית את קצב הנדידה של גבולות התבואה, לעכב את צמיחת התבואה ולהקל על היווצרות מבנים צפופים; שפר את חוזק שלב הזכוכית, ובכך השג את המטרה של שיפור התכונות המכניות של קרמיקה Al2O3.

■ יישום בSI3N4Ceramicssi3n4 קרמיקה בעלת תכונות מכניות מצוינות, תכונות תרמיות ויציבות כימית, והם החומרים המבטיחים ביותר לקרמיקה מבנית בטמפרטורה גבוהה. מכיוון ש- SI3N4 הוא תרכובת קשר קוולנטית חזקה, לא ניתן לצפוף SI3N4 טהור על ידי סינון שלב מוצק קונבנציונאלי. לפיכך, בנוסף לתגובה של סינון החנקן הישיר של אבקת SI, יש להוסיף כמות מסוימת של סיוע סינטרי כדי ליצור חומר צפוף. נכון לעכשיו, עזרי הסינון האידיאליים יותר להכנת קרמיקה Si3n4 הם תחמוצות אדמה נדירות כמוY2O3, ND2O3, וLA2O3ו מצד אחד, תחמוצות אדמה נדירות אלה מגיבות עם עקבות SiO2 על פני אבקת SI3N4 בטמפרטורה גבוהה כדי לייצר שלבי זכוכית בטמפרטורה גבוהה המכילים חנקן, אשר מקדמים למעשה את הסינון של קרמיקה SI3N4; מצד שני, הם יוצרים גבולות תבואה זכוכית y-la-si עם עקשן וצמיגות גבוהה, הם בעלי חוזק כיפוף גבוה בטמפרטורה גבוהה ועמידות חמצון טובה, וקל לזרז תרכובות גבישות המכילות את y ו- la עם נקודות התכה גבוהות בתנאי טמפרטורה גבוהים, מה שמשפר את קשיחות השברים הגבוהים של החומר.

■ יישום בZRO2קרמיקה לקרמיקה של קרמיקה יש צפיפות גבוהה, נקודת התכה גבוהה וקשיות, במיוחד חוזק כיפוף גבוה וקשיחות שבר, שהם הגבוהים ביותר מבין כל הקרמיקה. מכיוון ששינוי הקריסטל של ZRO2 מלווה בשינוי נפח ברור, היקף השימוש הישיר מוגבל. עם העמקת עבודות המחקר, נמצא כי לתוספת תחמוצות אדמה נדירות יש השפעה מעכבת ומייצבת טובה יותר על שינוי הפאזה של ZRO2. תחמוצות אדמה נדירות נפוצות הן בעיקרY2O3-ND2O3ו- CE2O3. הרדיוס היוני שלהם הוא בעצם קרוב לזה של ZR4+, והם יכולים ליצור פתרונות מוצקים מונוקליניים, טטרגונליים וקוביים עם ZRO2. לסוג זה של חומר קרמיקה ZRO2 יש מחווני ביצועים טכניים טובים. לְדוּגמָה,CEO2יכול ליצור אזור שלב של תמיסת זירקוניה טטרגונלית במגוון רחב עם ZRO2, שהוא חומר אלקטרוליט מוצק טוב. ZRO2 מיוצר Y2O3 (YSZ) הוא חומר מוליך יון חמצן מצוין, שנמצא בשימוש נרחב בתאי דלק תחמוצת מוצקה (SOFC), חיישני חמצן וכורים ממברנת חמצון חלקי מתאן.

■ יישום בSicקֵרָמִיקָהסיליקון קרבידקרמיקה עמידה בפני טמפרטורות גבוהות, הלם תרמי, קורוזיה, בלאי, מוליכות תרמית טובה ומשקל קל, ומשמשים בדרך כלל קרמיקה מבנית בטמפרטורה גבוהה. מאפייני הקשר הקוולנטיים החזקים שלSicקבע כי קשה להשיג צפיפות סינטרית בתנאים רגילים. בדרך כלל יש צורך להוסיף עזרי סינון או להשתמש בלחיצה חמה ובתהליכי סינון דחופים איזוסטטיים חמים. תהליך הייצור מסובך והעלות גבוהה. הסיוע היעיל ביותר לסינון לסינון ללא לחץ של SIC הוא Al2O3-Y2O3; SIC-YAG קרמיקה חומרים מורכבים עם Y3AL5O12 (YAG בקיצור) מכיוון שהסיוע העיקרי לסינון יכול להשיג סינון צפיפות בטמפרטורה נמוכה יותר, כך שהם נחשבים לאחת ממערכות הקרמיקה המבטיחות ביותר לסיליקון קרביד.

■ יישום באלןקֵרָמִיקָהאלןהוא תרכובת קשר קוולנטית עם נקודת התכה גבוהה, מוליכות תרמית גבוהה, קבוע דיאלקטרי נמוך ועמידות בפני קורוזיה של מתכות וסגסוגות כמו ברזל ואלומיניום. יש לו עמידות מצוינת בטמפרטורה גבוהה באטמוספרות מיוחדות והיא מצע מעגל משולב בקנה מידה גדול וחומר אריזה. מכיוון ש- ALN הוא קשר קוולנטי, הסינון קשה מאוד, וסיוע סינטר יחיד יכול רק להפחית את טמפרטורת הסינון במידה מוגבלת, ולכן בדרך כלל משמשים עזרים מורכבים (תחמוצות מתכת נדירות של אדמה ותחמוצות מתכת אדמה אלקלין) כעזרים סינטרים ליצירת שלב נוזלי לקידום הסינון. בנוסף, איידס סינטר יכול להגיב גם עם זיהומי חמצן באלן, הפחיתו את המשרות הפנויות של אלומיניום הנגרמות כתוצאה מחמצן חלקי המתמוסס לסריג ALN, ושיפור המוליכות התרמית שלאלן.

■ יישום בקרמיקה סיאלון סיאלון קרמיקה הם סוג של קרמיקה של Si-no-al Polycrystalline Nitride Ceramics שפותחה על בסיס שלSI3N4קֵרָמִיקָה. הם נוצרים על ידי החלפה חלקית של אטומי Si ו- N אטומים בSI3N4מאת Al אטומים ואטומי O ב- Al2O3. כוחם, הקשיחות והתנגדות לחמצון שלהם טובים יותר מקרמיקה של SI3N4, והם מתאימים במיוחד לרכיבי מנוע קרמיקה ולמוצרי קרמיקה אחרים עמידים בלאי. חומרי סיאלון אינם קלים לסינטר. הצגת תחמוצות אדמה נדירות תורמת להיווצרות שלב נוזלי בטמפרטורה נמוכה יותר, מה שמקדם ביעילות את הסינון. במקביל, קטיוני אדמה נדירים יכולים להיכנס לסריג של שלב α-SI3N4, להפחית את תוכן שלב הזכוכית וליצור שלב גבול תבואה, ולשפר את טמפרטורת החדר וביצועי הטמפרטורה הגבוהה של החומר. מחקרים הראו כי הוספת 1%Y2O3יכול ליצור שלב זכוכית בטמפרטורה גבוהה כאשר סינון קרמיקה של סיאלון בטמפרטורות גבוהות, מה שלא רק מקדם את הסינון, אלא גם משפר את קשיחות השבר שלה. בנוסף, הוספת כמות קטנה של Y2O3 משפרת מאוד גם את עמידות החמצון שלה.

יישום של יסודות אדמה נדירים בקרמיקה פונקציונלית

אדמות נדירותקשורים קשר הדוק לקרמיקה פונקציונלית. הוספת בטוחהיסודות אדמה נדיריםלחומרי הגלם של קרמיקה פונקציונלית רבים לא יכולים רק לשפר את הסינון, הצפיפות, הכוח וכו 'של הקרמיקה, אלא חשוב מכך, זה יכול לשפר משמעותית את ההשפעות התפקודיות הייחודיות שלהם.

1תפקיד בקרמיקה מוליך -על מאז 1987, כאשר מדענים חומרים מסין, יפן, ארצות הברית ומדינות אחרות גילו כי קרמיקה תחמוצתתחמוצת הנחושת של בריום yttrium(YBCO) בעלי מוליכות-על מעולה בטמפרטורה גבוהה (TC עד 92K), אנשים עשו עבודה רבה במחקר הביצועים ובפיתוח היישומים של קרמיקה מוליכת-על-טמפרטורה גבוהה של כדור הארץ, והתקדמו רבים מאוד. מחקרים יפניים הראו כי לאחר החלפת Y ב- YBCOאדמות נדירות קלות(Ln) כגוןNd, Sm, Eu, וGd, חוזק השדה המגנטי הקריטי של חומר הקרמיקה המוליך -על -מוליך שהתקבל LNBCO משופר משמעותית, וכוח הצמדת השטף המגנטי משופר גם הוא מאוד, שהוא בעל ערך מעשי רב בחשמל, אחסון אנרגיה ותחבורה. אוניברסיטת פקין משומשתZRO2כמצע וחימם אותו לכ -200 מעלות צלזיוס, והתאדה y (או אחרתאדמות נדירות), תחמוצות BA ו- Cu על המצע בשכבות לטיפול בדיפוזיה, וחום טיפל בהם בטווח הטמפרטורות של 800-900 מעלות צלזיוס. הקרמיקה המוליכה העל -מוליכה שהתקבלה הראתה מקדם טמפרטורת התנגדות מתכתי טוב מעל 100K. אוניברסיטת קגושימה ביפן הוסיפהכדור הארץ הנדירLA ל- SR ו- NB תחמוצות לייצור סרט קרמי, שהציג מוליכות -על ב 255K.

2 יישום בקרמיקה פיזואלקטרית מוביל טיטנאט (PBTIO3) הוא קרמיקה פיזואלקטרית טיפוסית עם אפקט צימוד אנרגיה אנרגיה מכנית. יש לו טמפרטורת קורי גבוהה (490 מעלות צלזיוס) וקבוע דיאלקטרי נמוך, ומתאים ליישום בתנאי טמפרטורה גבוהים ותנאי תדר גבוה. עם זאת, במהלך תהליך ההכנה והקירור שלו, סדקי מיקרו נוטים להתרחש בגלל המעבר שלב-קוב-טטרגון. על מנת לפתור בעיה זו, משמשים אדמות נדירות לשינויה. לאחר הסינון ב 1150 מעלות צלזיוס, ניתן להשיג קרמיקה RE-PBTIO3 עם צפיפות יחסית של 99%. מבנה המיקרו משופר משמעותית וניתן להשתמש בו לייצור מערכי מתמר העובדים בתנאים בתדירות גבוהה של 75 מגהרץ. בטיטאנאט זירקונאט עופרת (PZT) קרמיקה פיזואלקטרית עם מקדמים פיזואלקטריים גבוהים, על ידי הוספת תחמוצות אדמה נדירות כמוLA2O3, SM2O3, וND2O3, ניתן לשפר משמעותית את תכונות הסינון של קרמיקה של PZT וניתן להשיג תכונות חשמליות ופוזואלקטריות יציבות. בנוסף, ניתן לשפר את הביצועים של קרמיקה של PZT על ידי הוספת כמות קטנה של תחמוצת אדמה נדירהCEO2ו לאחר הוספת CEO2, ההתנגדות לנפח של קרמיקה של PZT עולה, אשר תורמת למימוש הקיטוב בטמפרטורה גבוהה ושדה חשמלי גבוה בתהליך, והעמידותו להזדקנות הזמן והזדקנות הטמפרטורה. קרמיקה של PZT שונה על ידיאדמות נדירותבשימוש נרחב בגנרטורים במתח גבוה, גנרטורים קוליים, מתמרים אקוסטיים מתחת למים ומכשירים אחרים.

3יישום בקרמיקה מוליכה yttrium Zirconia (YSZ) קרמיקה עםתחמוצת אדמה נדירה Y2O3מכיוון שתוסף יש יציבות תרמית וכימית טובה בטמפרטורות גבוהות, הם מוליכי יון חמצן טובים, ויש להם עמדה בולטת בקרמיקה מוליכות יונים. חיישני קרמיקה של YSZ שימשו בהצלחה למדידת הלחץ החלקי של החמצן בפליטה ברכב, לשלוט ביחס ביחס לאוויר/דלק ויש להם השפעות משמעותיות לחיסכון באנרגיה. הם נמצאים בשימוש נרחב בדודים תעשייתיים, תנורי התכה, משרפות וציוד מבוסס בעירה אחר. עם זאת, קרמיקה של YSZ מציגה מוליכות יונית גבוהה רק כאשר הטמפרטורה גבוהה מ- 900 מעלות צלזיוס, כך שהיישום שלהם עדיין נתון להגבלות מסוימות. מחקרים קיימים מצאו כי הוספת כמות מתאימה של Y2O3 אוGD2O3 to BI2O3קרמיקה עם מוליכות יונית גבוהה יותר יכולה לייצב את השלב המעוקב BI2O3 המרוכז בפנים לטמפרטורת החדר. במקביל, דפוסי דיפרקציה של רנטגן הראו גם כי (BI2O3) 0.75 · (Y2O3) 0.25 ו- (BI2O3) 0.65 · (GD2O3) 0.35 הם שניהם מבנים מעוקבים יציבים עם מוליכות חמצן גבוהה. לאחר ציפוי הצד של קרמיקה זו עם סרט מגן של (ZRO2) 0.92 (Y2O3) 0.08, תאי דלק וחיישני חמצן עם מוליכות יונית גבוהה ויציבות טובה שיכולים לעבוד בתנאי טמפרטורה בינוניים (500 ~ 800 ℃) יכולים להיות מוכנים ולהרכיב, מה שמסתובב לפתרון הקשיים שהובאו על ידי טכנולוגיה גבוהה.

4 יישום בקרמיקה דיאלקטרית קרמיקה דיאלקטרית משמשים בעיקר לייצור קבלים קרמיים ורכיבים דיאלקטריים מיקרוגל. בקרמיקה דיאלקטרית כמוTIO2, Mgtio3,BATIO3והקרמיקה הדיאלקטרית המורכבת שלהם, מוסיפהאדמות נדירותכמו LA, ND ו- DY יכולים לשפר משמעותית את התכונות הדיאלקטריות שלהם. לדוגמה, בקרמיקה של BATIO3 עם קבוע דיאלקטרי גבוה, הוספת תרכובות אדמה נדירות של LA ו- ND עם ערך קבוע דיאלקטרי של ε = 30 ~ 60 יכולים לשמור על יציבות קבועה דיאלקטרית על טווח טמפרטורות רחב, וחיי השירות של המכשיר משופרים משמעותית. בקרמיקה דיאלקטרית עבור קבלים לפיצויים תרמיים, ניתן להוסיף אדמות נדירות גם כראוי לפי הצורך כדי לשפר או להתאים את הקבוע הדיאלקטרי, מקדם הטמפרטורה והגורם האיכותי של קרמיקה, ובכך להרחיב את טווח היישומים שלו. הקבל היציב התרמית מגנזיום טיטאנאט קרמיקה משתנים באמצעות LA2O3, והקרמיקה MgO · TiO2-LA2O3-TiO2 המתקבלים ו- CATIO3-MGTIO3-LA2TIO5 קרמיקה לא רק שומרים על המאפיינים המקוריים של אובדן דיאלקטרי נמוך ומקדם טמפרטורה, אלא גם משתפרות באופן משמעותי את הדיאקטרי שלהםקָבוּעַ.

5 יישום בקרמיקה רגישה קרמיקה רגישים הם סוג חשוב של קרמיקה פונקציונלית. הם מאופיינים בכך שהם רגישים לתנאים חיצוניים מסוימים כמו מתח, הרכב גז, טמפרטורה, לחות וכו '. לכן הם יכולים לפקח על מעגלים, תהליכי הפעלה או סביבות באמצעות תגובה או שינוי של פרמטרי הביצועים החשמליים הקשורים אליהם. הם נמצאים בשימוש נרחב כאלמנטים חישה במעגלי בקרה, ולכן הם נקראים גם קרמיקה של חיישנים. יש קשר הדוק בין אדמות נדירות לביצועים של קרמיקה מסוג זה.
(1) קרמיקה אלקטרו-אופטית: על ידי הוספת תחמוצת אדמה נדירהLA2O3ל- PZT ניתן להשיג קרמיקה אלקטרו-אופטית של Lanthanum Zirconate (PLZT). חומר המטריצה ​​המקורי PZT הוא בדרך כלל אטום כתוצאה מנוכחות נקבוביות, שלבי גבול התבואה ואניסוטרופיה, בעוד שתוספת של LA2O3 הופכת את המיקרו -מבנה לאחיד, מבטלת ברובו נקבוביות, מחלישה את האניסוטרופיה שלו, ומפחיתה משמעותית את פיזור האור הנגרם על ידי שבירה מרובה על גבולות הדגנים והפיזור האור נגרם על ידי הפילינג השני. לכן, ל- PLZT יש ביצועי העברת אור טובים. PLZT נמצא בשימוש נרחב במשקפי משקפיים להגנה על קרינת פיצוץ גרעינית, חלונות של מפציצים כבדים, מודולטורים לתקשורת אופטית, מכשירי הקלטה הולוגרפיים וכו '.
(2) קרמיקה של וריסטור: אוניברסיטת טכנולוגיה מרכזית דרומית בחנה את ההשפעה של אלמנטים אדמה נדירים על התכונות החשמליות של קרמיקה ZnO Varistor. לאחר קרמיקה של ZnO Varistor סוממים בתחמוצת אדמה נדירהLA2O3, ערך VLMA של מתח הווריסטור שלהם עלה משמעותית; כאשר כמות הסמים עלתה מ- 0.1% ל -10%, המקדם הלא -לינארי α של הקרמיקה ירד מ 20 ל -1, ובעצם לא היה תכונות שונות. לפיכך, עבור קרמיקה של ZnO, סמים של אלמנטים אדמה נדירים של ריכוז נדיר יכול להגדיל את ערך המתח של הווריסטור שלו, אך יש לו מעט השפעה על המקדם הלא לינארי; וסמים ריכוזיים בעלי ריכוז גבוה אינו מציג מאפייני וריסטור.
(3) קרמיקה רגישות לגז: מאז שנות השבעים אנשים עשו מחקר רב על התפקיד של הוספת תחמוצות אדמה נדירות לחומרים קרמיים רגישים לגז כמו ZnO,SNO2וכןFe2O3, והפיקו ABO3 ו- A2BO4 חומרים תחמוצת אדמה נדירים. תוצאות המחקר מראות כי הוספת תחמוצות אדמה נדירות ל- ZnO יכולה לשפר משמעותית את הרגישות שלה לפרופילן; מוֹסִיףCEO2ל- SNO2 יכול לייצר אלמנט סינון הרגיש לאתנול.
(4) קרמיקה של תרמיסטור: בריום טיטנאט (BATIO3) הוא הקרמיקה התרמיסטורית הנחקרת והנפוצה ביותר. כאשר עקבו אחר אלמנטים אדמה נדירים כמו LA, CE, SM, DY, Y וכו '. מתווספים ל- BATIO3 (השבר האטומי הטוחני נשלט על ידי 0.2% עד 0.3%), חלק מ- BA2+ מוחלף על ידי RE3+ ברדיוס הדומה ל- BA2+, ויצרו מטענים חיוביים ומעוררים באופן חלשי אלקטרונים דרך הפעולה של ה- TI4+ עם זאת, אם כמות הסמים עולה על ערך מסוים, עקב היווצרות מקומות פנויים BA2+ והיעלמותם של נשאים מוליכים, ההתנגדות של הקרמיקה עולה בחדות ואף הופכת למבודדת.
(5) קרמיקה רגישת לחות: בין הסוגים השונים של קרמיקה רגישת לחות, האדמות הנדירות שנוספו כיום הן בעיקר מערכת Lanthanum ותחמוצותיה, כמו SR1-XlaxsnO3 מערכת, מערכת LA2O3-TiO2, LA2O3-TiO2-V2O5, SR0.95LA0.05 ו- LA2-TIO2-V2O5, SR0.95LA0.05SNO3 ו- 3O3 ו- 3) SR0.95LA0.05. PD0.91LA0.09 (ZR0.65TI0.35) 0.98O3-KH2PO3 וכו '. על מנת לשפר עוד יותר את הרגישות של קרמיקה לחות, מבחינת הריאליזם והיציבות, ולשפר את המעשיות שלהם, יש צורך גם לחזק את המחקר על השפעת ההשפעה שלכדור הארץ הנדירתוספת על המאפיינים הרלוונטיים של קרמיקה.

אנו מתמחים בייצוא מוצרי אדמה נדירים, לקנות מוצר אדמה נדיר, ברוך הבאליצור איתנו קשר

Sales@shxlchem.com; Delia@shxlchem.com 

WhatsApp & Tel: 008613524231522; 0086 13661632459