תרכובות אדמה נדירות חשובות: מהם השימושים באבקת תחמוצת איטריום?

תרכובות אדמה נדירות חשובות: מהם השימושים באבקת תחמוצת איטריום?

אדמה נדירה היא משאב אסטרטגי חשוב ביותר, ויש לה תפקיד שאין לו תחליף בייצור התעשייתי. זכוכית לרכב, תהודה מגנטית גרעינית, סיבים אופטיים, תצוגת גביש נוזלי וכו' אינם ניתנים להפרדה מהתוספת של אדמה נדירה. ביניהם, איטריום (Y) הוא אחד מיסודות מתכת האדמה הנדירים והוא סוג של מתכת אפורה. עם זאת, בשל תכולתו הגבוהה בקרום כדור הארץ, המחיר זול יחסית והוא נמצא בשימוש נרחב. בייצור החברתי הנוכחי, הוא משמש בעיקר במצב של סגסוגת איטריום ותחמוצת איטריום.

איטריום מתכת
ביניהם, תחמוצת איטריום (Y2O3) היא תרכובת האיטריום החשובה ביותר. הוא אינו מסיס במים ובאלקלי, מסיס בחומצה, ובעל מראה של אבקה גבישית לבנה (מבנה הגביש שייך למערכת הקובית). יש לו יציבות כימית טובה מאוד והוא נמצא תחת ואקום. תנודתיות נמוכה, עמידות בחום גבוהה, עמידות בפני קורוזיה, דיאלקטרי גבוהה, שקיפות (אינפרא אדום) ויתרונות נוספים, ולכן היא יושמה בתחומים רבים. מהם הספציפיים? בוא נסתכל.

מבנה הגביש של תחמוצת איטריום

01 סינתזה של אבקת זירקוניה מיוצבת איטריום. שינויי הפאזה הבאים יתרחשו במהלך הקירור של ZrO2 טהור מטמפרטורה גבוהה לטמפרטורת החדר: שלב מעוקב (c) → שלב טטראגונל (t) → שלב מונוקליני (m), שבו t יתרחש ב-1150°C →m שינוי פאזה, מלווה בהרחבת נפח של כ-5%. עם זאת, אם נקודת מעבר הפאזה t→m של ZrO2 מתייצבת לטמפרטורת החדר, מעבר הפאזה t→m נגרם על ידי מתח במהלך הטעינה. עקב אפקט הנפח שנוצר על ידי שינוי הפאזה, כמות גדולה של אנרגיית שבר נספגת , כך שהחומר מציג אנרגיית שבר גבוהה באופן חריג, כך שהחומר מציג קשיחות שבר גבוהה באופן חריג, וכתוצאה מכך קשיחות טרנספורמציה של פאזה, וגבוהה קשיחות ועמידות בפני שחיקה גבוהה. מִין.

כדי להשיג את הקשחת שינוי הפאזה של קרמיקה זירקוניה, יש להוסיף מייצב מסוים ובתנאי שריפה מסוימים, המטה-ייצוב פאזה-טטראגונל יציב בטמפרטורה גבוהה לטמפרטורת החדר, משיג פאזה טטראגונלית שניתן להפוך אותה לשלב בטמפרטורת החדר . זוהי ההשפעה המייצבת של מייצבים על זירקוניה. Y2O3 הוא מייצב תחמוצת הזירקוניום הנחקר ביותר עד כה. לחומר ה-Y-TZP המסונטר תכונות מכניות מצוינות בטמפרטורת החדר, חוזק גבוה, קשיחות שבר טובה, וגודל הגרגירים של החומר בקולקטיב שלו קטן ואחיד, כך שיש לו משך יותר תשומת לב. 02 עזרי סינטר סינון של קרמיקות מיוחדות רבות מחייב השתתפות של עזרי סינטר. בדרך כלל ניתן לחלק את התפקיד של עזרי סינטר לחלקים הבאים: יצירת תמיסה מוצקה עם הסינטר; למנוע שינוי צורת גביש; לעכב את צמיחת גרגירי הגביש; לייצר פאזה נוזלית. לדוגמה, בסינטר של אלומינה, מגנזיום אוקסיד MgO מתווסף לעתים קרובות כמייצב מיקרו-מבנה במהלך תהליך הסינטר. זה יכול לעדן את הדגנים, להפחית במידה ניכרת את ההבדל באנרגיית גבול הדגן, להחליש את האניזוטרופיה של צמיחת הדגן, ולעכב את צמיחת הדגן הלא רציפה. מאז MgO הוא נדיף מאוד בטמפרטורות גבוהות, על מנת להשיג תוצאות טובות, תחמוצת איטריום מעורבבת לעתים קרובות עם MgO. Y2O3 יכול לעדן את גרגרי הגביש ולקדם צפיפות סינטר. נופך אלומיניום איטריום סינתטי אבקת 03YAG (Y3Al5O12) הוא תרכובת מעשה ידי אדם, ללא מינרלים טבעיים, חסר צבע, קשיות Mohs יכולה להגיע ל-8.5, נקודת התכה של 1950 ℃, בלתי מסיס בחומצה גופרתית, חומצה הידרוכלורית, חומצה חנקתית, חומצה הידרופלואורית וכו'. שיטת שלב מוצק בטמפרטורה גבוהה היא שיטה מסורתית להכנת אבקת YAG. על פי יחס המתקבל בתרשים הפאזות הבינארי של תחמוצת איטריום ותחמוצת אלומיניום, שתי האבקות מעורבבות ונשרפות בטמפרטורה גבוהה, ואבקת YAG נוצרת באמצעות תגובת הפאזה המוצקה בין התחמוצות. בתנאי טמפרטורה גבוהים, בתגובה של אלומינה ותחמוצת איטריום, יווצרו תחילה המזופיזות YAM ו-YAP, ולבסוף יווצר YAG.

לשיטת הפאזה המוצקה בטמפרטורה גבוהה להכנת אבקת YAG יש יישומים רבים. לדוגמה, גודל הקשר Al-O שלו קטן ואנרגיית הקשר גבוהה. תחת השפעת אלקטרונים, הביצועים האופטיים נשמרים יציבים, והחדרה של יסודות אדמה נדירים יכולה לשפר משמעותית את ביצועי הזוהר של הזרחן. ו-YAG יכול להפוך לזרחן על ידי סימום עם יוני אדמה נדירים משולשים כמו Ce3+ ו-Eu3+. בנוסף, לקריסטל YAG יש שקיפות טובה, תכונות פיזיקליות וכימיות יציבות מאוד, חוזק מכני גבוה ועמידות לזחילה תרמית טובה. זהו חומר קריסטל לייזר עם מגוון רחב של יישומים וביצועים אידיאליים.

YAG crystal 04 שקוף איטריום אוקסיד קרמי היה מאז ומתמיד מוקד המחקר בתחום הקרמיקה השקופה. הוא שייך למערכת הגבישים הקוביים ויש לו תכונות אופטיות איזוטרופיות של כל ציר. בהשוואה לאנזיטרופיה של אלומינה שקופה, התמונה מעוותת פחות, כך שבהדרגה, היא זכתה להערכה ופותחה על ידי עדשות מתקדמות או חלונות אופטיים צבאיים. המאפיינים העיקריים של התכונות הפיזיקליות והכימיות שלו הם: ① נקודת התכה גבוהה, היציבות הכימית והפוטוכימית טובה, וטווח השקיפות האופטית רחב (0.23 ~ 8.0 מיקרומטר); ②ב-1050nm, אינדקס השבירה שלו גבוה כמו 1.89, מה שגורם לו להיות בעל שידור תיאורטי של יותר מ-80%; ③Y2O3 יש מספיק כדי להכיל את רוב הרצועה מפס ההולכה הגדול יותר לפס הערכיות של רמת הפליטה של ​​יוני אדמה נדירים משולשים יכול להיות מותאם ביעילות על ידי סימום של יוני אדמה נדירים. כדי לממש את הרב-פונקציונליזציה של היישום שלו ; ④ אנרגיית הפונונים נמוכה, ותדר החיתוך המרבי שלו הוא כ-550 ס"מ-1. אנרגיית הפונון הנמוכה יכולה לדכא את ההסתברות למעבר לא קרינה, להגדיל את ההסתברות למעבר קרינה ולשפר את יעילות הקוונטים הזוהר; ⑤ מוליכות תרמית גבוהה, בערך 13.6W/(m·K), מוליכות תרמית גבוהה היא מאוד

חשוב עבורו כחומר בינוני לייזר מוצק.

קרמיקה שקופה של תחמוצת איטריום שפותחה על ידי החברה היפנית Kamishima Chemical

נקודת ההיתוך של Y2O3 היא בערך 2690 ℃, וטמפרטורת הסינטר בטמפרטורת החדר היא בערך 1700 ~ 1800 ℃. להכנת קרמיקה מעבירה אור, עדיף להשתמש בכבישה חמה וסינטרינג. בשל התכונות הפיזיקליות והכימיות המעולות שלה, קרמיקה שקופה Y2O3 נמצאת בשימוש נרחב ומפותחת, לרבות: חלונות וכיפות אינפרא אדום של טילים, עדשות גלויות ואינפרא אדום, מנורות פריקת גז בלחץ גבוה, נצנצים קרמיים, לייזרים קרמיים ותחומים נוספים