고급 세라믹에서 희토류 요소의 적용

 희토류 요소15 개의 란타나이드 원소를 포함하여 17 개의 금속 요소에 대한 일반적인 용어입니다.스칸듐그리고이트륨. 18 세기 말부터 야금, 도자기, 유리, 석유 화학, 인쇄 및 염색, 농업 및 임업 및 기타 산업에서 널리 사용되었습니다. 우리 나라의 세라믹 산업에서 희토류 요소의 적용은 1930 년대에 시작되었습니다. 1970 년대에는 총 금액이 있습니다희토류세라믹 재료에 사용되는 것은 70T/년에 도달하여 총 국내 생산량의 약 2% ~ 3%를 차지했습니다. 현재, 희토류는 주로 구조 세라믹, 기능성 세라믹, 세라믹 유약 및 기타 분야에 사용됩니다. 새로운 희토류 재료의 지속적인 개발 및 적용으로 희토류는 다양한 세라믹 재료의 첨가제, 안정제 및 소결 보조제로 사용되므로 성능을 크게 향상시키고 생산 비용을 줄이며 산업 응용 프로그램을 가능하게합니다.

구조 도자기에서 희토류 요소의 적용

■ 신청서Al2O3세라믹 AL2O3 도자기는 고강도, 고온 저항, 좋은 절연, 내마모성, 부식 저항 및 우수한 전자 기계적 특성으로 인해 가장 널리 사용되는 구조적 세라믹입니다. 희토류 산화물 추가Y2O3, LA2O3, sm2o3등. AL2O3 복합 재료의 습윤 특성을 개선하고 세라믹 재료의 융점을 줄일 수 있습니다. 재료의 다공성을 줄이고 밀도를 증가시킵니다. 다른 이온의 이동을 방해하고, 곡물 경계의 이동 속도를 줄이고, 곡물 성장을 억제하며, 밀집된 구조의 형성을 촉진합니다. 유리 단계의 강도를 향상시켜 AL2O3 세라믹의 기계적 특성을 개선하기위한 목적을 달성합니다.

■ 신청서si3n4CeramicsSI3N4 세라믹은 우수한 기계적 특성, 열 특성 및 화학적 안정성을 가지며, 고온 구조 세라믹을위한 가장 유망한 재료입니다. Si3N4는 강한 공유 결합 화합물이기 때문에, 순수한 SI3N4는 종래의 고체 상 소결에 의해 밀도를 초래할 수 없다. 따라서, Si 분말의 직접적인 질화의 반응 소결에 더하여, 밀도가 높은 재료를 만들기 위해 일정량의 소결 보조제를 추가해야한다. 현재 SI3N4 세라믹을 준비하기위한보다 이상적인 소결 보조제는 희귀 한 산화물입니다.Y2O3, ND2O3, 그리고LA2O3. 한편으로,이 희토류 산화물은 고온에서 SI3N4 분말의 표면에서 미량 SIO2와 반응하여 질소 함유 고온 유리 단계를 생성하여 SI3N4 세라믹의 소결을 효과적으로 촉진합니다. 다른 한편으로, 그들은 높은 굴절 및 점도로 Y-la-Si-on 유리 입자 경계를 형성하고, 높은 온도 굽힘 강도 및 우수한 산화 저항성을 가지며, 고온 조건 하에서 높은 용융점을 함유하는 결정질 화합물을 침전시키기 쉽다.

■ 신청서ZRO2세라믹 ZRO2 세라믹은 밀도, 높은 융점 및 경도, 특히 높은 굽힘 강도 및 골절 인성을 가지고 있으며, 이는 모든 세라믹 중에서 가장 높습니다. ZRO2의 결정 변환에는 명백한 볼륨 변화가 수반되므로 직접 사용 범위는 제한적입니다. 연구 작업이 심화되면서, 희토류 산화물의 첨가는 ZRO2의 상 변화에 더 나은 억제 및 안정화 효과를 갖는 것으로 밝혀졌다. 일반적으로 사용되는 희토류 산화물은 주로입니다Y2O3,,,ND2O3및 CE2O3. 그들의 이온 반경은 기본적으로 ZR4+의 반경에 가깝고, ZRO2와 단일 클린 성, 정사각형 및 입방 치환 용액을 형성 할 수있다. 이 유형의 ZRO2 세라믹 재료에는 기술 성능 지표가 우수합니다. 예를 들어,CEO2우수한 고체 전해질 물질 인 ZRO2를 사용하여 광범위한 정각 지르코니아 고체 용액의 위상 영역을 형성 할 수 있습니다. Y2O3 안정화 ZRO2 (YSZ)는 우수한 산소 이온 도체 물질로, 고체 산화물 연료 전지 (SOFC), 산소 센서 및 메탄 부분 산화 막 반응기에 널리 사용 된 우수한 산소 이온 도체 물질이다.

■ 신청서sic도예실리콘 카바이드도자기는 고온, 열 충격, 부식, 마모, 우수한 열전도율 및 가벼운 중량에 저항력이 있으며 일반적으로 고온 구조적 세라믹에 사용됩니다. 강력한 공유 결합 특성sic정상적인 조건에서 소결 밀도를 달성하기가 어렵다고 판단하십시오. 일반적으로 소결 보조 장치를 추가하거나 뜨거운 압박과 뜨거운 등방성 압축 소결 과정을 사용해야합니다. 생산 공정은 복잡하고 비용이 높습니다. SIC의 압력이없는 소결을위한 가장 효과적인 소결 보조제는 Al2O3-Y2O3이다. 주요 소결 보조제는 Y3AL5O12 (짧은 yAG)를 갖는 Sic-YAG 세라믹 복합 재료가 더 낮은 온도에서 밀도를 달성 할 수 있으므로 가장 유망한 실리콘 탄화물 세라믹 시스템 중 하나로 간주됩니다.

■ 신청서ALN도예ALN높은 융점, 높은 열전도율, 낮은 유전성 상수 및 철 및 알루미늄과 같은 금속 및 합금의 부식에 대한 내성을 갖는 공유 결합 화합물이다. 특수 대기에서 우수한 고온 저항을 가지고 있으며 이상적인 대규모 통합 회로 기판 및 포장재입니다. ALN은 공유 결합이기 때문에 소결은 매우 어렵고, 단일 소결 보조제는 소결 온도를 제한된 정도로 줄일 수 있으므로 복합 보조제 (희토류 금속 산화물 및 알칼리성 지구 금속 옥사이드)는 일반적으로 소결 보조제로 사용되어 소결을 촉진합니다. 또한 소결 보조 장치는 산소 불순물에도 반응 할 수 있습니다.ALN, ALN 격자로 용해되는 부분 산소로 인한 알루미늄 공석을 줄이고 열전도율을 향상시킵니다.ALN.

■ Sialon Ceramics의 적용 Sialon Ceramics는si3n4도예. 그것들은 Si 원자와 N 원자의 부분 교체에 의해 형성됩니다.si3n4Al2O3의 Al 원자 및 O 원자에 의해. 그들의 강도, 인성 및 산화 저항은 SI3N4 세라믹보다 낫고, 세라믹 엔진 구성 요소 및 기타 내마모성 세라믹 제품에 특히 적합합니다. 시알론 재료는 소결하기 쉽지 않습니다. 희토류 산화물의 도입은 더 낮은 온도에서 액체상의 형성에 도움이되며, 이는 소결을 효과적으로 촉진한다. 동시에, 희토류 양이온은 α-SI3N4상의 격자로 들어가서 유리 단계의 함량을 줄이며 입자 경계 상을 형성하여 물질의 실내 온도 및 고온 성능을 향상시킬 수 있습니다. 연구는 1%를 추가하는 것으로 나타났습니다.Y2O3고온에서 시알론 세라믹을 소결 할 때 고온 유리 단계를 형성 할 수 있으며, 이는 소결을 촉진 할뿐만 아니라 골절 강인도를 향상시킵니다. 또한 소량의 Y2O3을 첨가하면 산화 저항성이 크게 향상됩니다.

기능성 세라믹에서 희토류 요소의 적용

희토류기능성 도자기와 밀접한 관련이 있습니다. 확실한 추가희토류 요소많은 기능성 세라믹의 원료는 세라믹의 소결, 밀도, 강도 등을 향상시킬 수있을뿐만 아니라 더 중요한 것은 고유 한 기능 효과를 크게 향상시킬 수 있습니다.

1중국, 일본, 미국 및 기타 국가의 재료 과학자들이 산화물 도자기를 발견 한 1987 년부터 초전도 도자기의 역할이트륨 바륨 구리 산화물(YBCO)는 우수한 고온 초전도성 (TC까지 최대 92K)을 가지고 있으며, 사람들은 희토류 고온 초전도 세라믹의 성능 연구 및 응용 개발에서 많은 노력을 기울였으며 많은 주요 진전을 이루었습니다. 일본 연구에 따르면 YBCO에서 Y를 대체 한 후가벼운 희토류(ln) :Nd, Sm, Eu, 그리고Gd, 생성 된 초전도 세라믹 재료 LNBCO의 임계 자기장 강도는 상당히 향상되고, 자기 플럭스 고정력도 크게 향상되며, 이는 전기, 에너지 저장 및 운송에서 실용적인 가치가 큰 것입니다. 북경 대학교ZRO2기판으로서 약 200 ℃로 가열하여 증발 y (또는 기타희토류), 확산 처리를 위해 층의 기판에서 산화물 및 Cu를, 800-900 ℃의 온도 범위에서 열처리 하였다. 결과적인 초전도 세라믹은 100K 이상의 우수한 금속성 내성 온도 계수를 보여 주었다. 일본의 카가 고시마 대학교가 추가되었습니다희토류LA에서 SR 및 NB 산화물을 사용하여 세라믹 필름을 만들어 255K에서 초전도성을 나타 냈습니다.

2 압전 세라믹 리드 타이탄테 (Titanate)의 적용 (pbtio3)은 기계적 에너지-전기 에너지 커플 링 효과를 갖는 전형적인 압전 세라믹입니다. 큐리 온도가 높고 유전 상수가 낮으며 고온 및 고주파 조건 하에서 적용에 적합합니다. 그러나, 제조 및 냉각 공정 동안, 입방 세대 상 전이로 인해 미세 균열이 발생하기 쉽다. 이 문제를 해결하기 위해 희토류는이 문제를 수정하는 데 사용됩니다. 1150 ℃에서 소결 후, 상대 밀도가 99% 인 Re-PBTIO3 세라믹을 얻을 수있다. 미세 구조는 상당히 개선되며 75MHz의 고주파 조건에서 작동하는 트랜스 듀서 어레이를 제조하는 데 사용될 수 있습니다. 리드 지르코 네이트 티타 네이트 (PZT)에서 고압 전기 계수가있는 압전 세라믹에서는 희토류 산화물을 추가하여LA2O3, sm2o3, 그리고ND2O3, PZT 세라믹의 소결 특성은 상당히 개선 될 수 있으며 안정적인 전기 및 압전 특성을 얻을 수있다. 또한 소량의 희토류 산화물을 추가하여 PZT 세라믹의 성능을 향상시킬 수 있습니다.CEO2. CEO2를 추가 한 후, PZT 세라믹의 부피 저항성은 증가하여, 이는 공정에서 고온 및 고전 전기장에서 편광의 실현에 도움이되며, 시간 노화 및 온도 노화에 대한 내성도 개선된다. PZT 도자기는 수정되었습니다희토류고전압 발전기, 초음파 발전기, 수중 음향 변환기 및 기타 장치에서 널리 사용되었습니다.

3전도성 세라믹의 적용 YTTRIUM 안정화 지르코니아 (YSZ) 도자기희토류 산화물 Y2O3첨가제는 고온에서 우수한 열 및 화학적 안정성을 가지므로 산소 이온 도체가 우수하며 이온 전도성 세라믹에서 눈에 띄는 위치를 갖습니다. YSZ 세라믹 센서는 자동차 배기도의 산소 부분 압력을 측정하고 공기/연료 비율을 효과적으로 제어하며 에너지 절약 효과가 상당한 영향을 미칩니다. 그들은 산업용 보일러, 제련 용광로, 소각로 및 기타 연소 기반 장비에 널리 사용되었습니다. 그러나 YSZ 세라믹은 온도가 900 ° C보다 높은 경우에만 높은 이온 전도도를 나타내므로 적용은 여전히 ​​특정 제한에 적용됩니다. 기존 연구는 적절한 양의 Y2O3 또는GD2O3 to BI2O3이온 전도도가 높은 세라믹은 BI2O3 얼굴 중심 입방 상을 실온으로 안정화시킬 수 있습니다. 동시에, X- 선 회절 패턴은 또한 (BI2O3) 0.75 · (Y2O3) 0.25 및 (BI2O3) 0.65 · (GD2O3) 0.35가 높은 산소 이온 전도도를 갖는 안정적인면 중심 입방 구조임을 보여 주었다. 이 세라믹의 측면을 (ZRO2) 0.92 (Y2O3) 0.08의 보호 필름으로 코팅 한 후, 중간 온도 조건 (500 ~ 800 ℃)에서 작동 할 수있는 높은 이온 전도도 및 우수한 안정성을 갖는 연료 전지 및 우수한 안정성을 갖는 연료 전지 및 산소 센서를 준비하고 조립할 수 있으며, 이는 고해도 기술에 의해 제기 된 어려움을 해결하는 데 도움이된다.

4 유전체 세라믹의 적용 유전체 세라믹은 주로 세라믹 커패시터와 마이크로파 유전체 구성 요소를 만드는 데 사용됩니다. 유전체 세라믹에서tio2, mgtio3,BATIO3그리고 그들의 복합 유전체 세라믹, 덧붙였다희토류LA, ND 및 DY와 같은 유전체 특성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, 유전 상수가 높은 BATIO3 세라믹에서는 유전체 상수 값이 ε = 30 ~ 60 인 LA 및 ND 희토류 화합물을 추가하면 넓은 온도 범위에 걸쳐 유전 상수를 안정적으로 유지할 수 있으며 장치의 서비스 수명이 크게 향상됩니다. 열 보정 커패시터를위한 유전체 세라믹에서, 희토류는 도자기의 유전 상수, 온도 계수 및 품질 계수를 개선하거나 조정하기 위해 필요에 따라 적절하게 추가하여 적용 범위를 확장 할 수 있습니다. 열적으로 안정적인 커패시터 마그네슘 티타 네이트 세라믹은 LA2O3으로 수정되며, 얻어진 MGO · TIO2-LA2O3-TIO2 세라믹 및 CATIO3-MGTIO3-LA2TIO5 세라믹은 저 유전체 손실 및 온도 계수의 원래 특성을 유지할뿐만 아니라 이들의 디드릭을 크게 향상시킵니다.끊임없는.

5 민감한 세라믹에 민감한 세라믹의 적용은 중요한 유형의 기능성 세라믹입니다. 전압, 가스 조성, 온도, 습도 등과 같은 특정 외부 조건에 민감합니다. 따라서 관련 전기 성능 매개 변수의 반응 또는 변경을 통해 회로, 작동 프로세스 또는 환경을 모니터링 할 수 있습니다. 그들은 제어 회로에서 감지 요소로 널리 사용되므로 센서 세라믹이라고도합니다. 희토류와 이러한 유형의 세라믹의 성능 사이에는 밀접한 관계가 있습니다.
(1) 전기 광학 세라믹 : 산화물을 추가하여LA2O3PZT에, 투명한 납 란타늄 지르코 네이트 티타 네이트 (PLZT) 전기 광학 세라믹을 얻을 수있다. 원래 매트릭스 재료 PZT는 일반적으로 기공, 입자 경계 상 및 이방성의 존재로 인해 불투명 한 반면, LA2O3의 첨가는 미세 구조를 균일하게 만들고, 기공을 크게 제거하고, 이방성을 약화 시키며, 곡물 경계 및 제 2 단계에 의해 발생하는 광 스 캐터링에 의해 발생하는 광 산란을 현저하게 감소시킨다. 따라서 PLZT는 우수한 빛 전송 성능을 가지고 있습니다. PLZT는 핵 폭발 방사선, 무거운 폭격기의 창, 광학 통신 변조기, 홀로그램 레코딩 장치 등 고글에 널리 사용됩니다.
(2) 바리스터 세라믹 : Central South University of Technology는 희토류 요소가 Zno Varistor Ceramics의 전기적 특성에 미치는 영향을 연구했습니다. Zno Varistor Ceramics 이후 희토류 산화물로 도핑 된 후LA2O3, 그들의 바리스터 전압 VLMA 값은 크게 증가했습니다. 도핑량량이 0.1%에서 10%로 증가했을 때, 세라믹의 비선 계수 ​​α는 20에서 1로 감소했으며 기본적으로 바리스트 특성이 없었습니다. 따라서, ZnO 세라믹의 경우, 낮은 농도 희토류 요소 도핑은 바라스터 전압 값을 증가시킬 수 있지만 비선형 계수에는 거의 영향을 미치지 않습니다. 고고색 도핑은 바리스터 특성을 나타내지 않습니다.
(3) 가스에 민감한 세라믹 : 1970 년대 이래로 사람들은 ZnO와 같은 가스 민감성 세라믹 재료에 희토류 산화물을 추가하는 역할에 대해 많은 연구를 해왔습니다.sno2그리고Fe2O3, ABO3 및 A2BO4 희토류 복합 산화물 재료를 생산했습니다. 연구 결과에 따르면 ZnO에 희토류 산화물을 첨가하면 프로필렌에 대한 민감도를 크게 향상시킬 수 있습니다. 첨가CEO2SNO2는 에탄올에 민감한 소결 요소를 생성 할 수있다.
(4) 서머 스터 세라믹 : 바륨 티타 네이트 (BATIO3)는 가장 연구되고 널리 사용되는 서미스터 세라믹입니다. LA, CE, SM, DY, Y 등과 같은 추적 희토리 요소는 BATIO3에 추가 될 때 (어금니 원자 분획은 0.2% ~ 0.3%로 제어됨), BA2+의 일부는 BA2+와 유사한 반경으로 RE3+로 대체되며, 과도한 긍정적 전하를 생성하고 TI4+의 작용을 통해 약한 전자를 형성하는 것이 현저하게 감소되었다; 그러나, 도핑 금액이 BA2+ 공석의 형성과 전도성 담체의 사라로 인해 특정 값을 초과하면 세라믹의 저항성이 급격히 상승하고 절연체가된다.
(5) 습도에 민감한 세라믹 : 다양한 유형의 습도에 민감한 세라믹 중에서, 현재 첨가 된 희토류는 주로 란타늄 및 산화물, 예 : SR1-XlaxsNO3 시스템, LA2O3-TIO2 시스템, LA2O3-TIO2-V2O5 시스템, SR0.95LA0.05SNO3 및 PD0.91LA0.09 (ZR0.65TI0.35) 0.98O3-KH2PO3 등. 습도와 안정성 측면에서 습도 세라믹의 민감도를 더욱 향상시키고 실용성을 향상시키기 위해서는의 영향에 대한 연구를 강화해야합니다.희토류도자기의 관련 특성에 대한 추가.

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