Svarbūs retųjų žemių junginiai: kam naudojami itrio oksido milteliai?

Svarbūs retųjų žemių junginiai: kam naudojami itrio oksido milteliai?

Retosios žemės yra nepaprastai svarbus strateginis išteklius, kuris atlieka nepakeičiamą vaidmenį pramoninėje gamyboje. Automobilių stiklas, branduolinis magnetinis rezonansas, optinis pluoštas, skystųjų kristalų ekranas ir kt. neatsiejami nuo retųjų žemių priedų. Tarp jų itris (Y) yra vienas iš retųjų žemių metalų elementų ir yra pilkasis metalas. Tačiau dėl didelio kiekio žemės plutoje kaina yra palyginti pigi ir plačiai naudojama. Dabartinėje visuomeninėje gamyboje jis daugiausia naudojamas itrio lydinio ir itrio oksido būsenoje.

Itrio metalas
Tarp jų itrio oksidas (Y2O3) yra svarbiausias itrio junginys. Jis netirpus vandenyje ir šarmuose, tirpus rūgštyje ir atrodo kaip balti kristaliniai milteliai (kristalinė struktūra priklauso kubinei sistemai). Jis turi labai gerą cheminį stabilumą ir yra vakuume. Mažas lakumas, didelis atsparumas karščiui, atsparumas korozijai, didelis dielektriškumas, skaidrumas (infraraudonųjų spindulių) ir kiti privalumai, todėl buvo pritaikyta daugelyje sričių. Kokios yra konkrečios? Pažiūrėkime.

Itrio oksido kristalinė struktūra

01 Itriu stabilizuoto cirkonio oksido miltelių sintezė. Aušinant gryną ZrO2 nuo aukštos temperatūros iki kambario temperatūros įvyks šie fazės pokyčiai: kubinė fazė (c) → tetragoninė fazė (t) → monoklininė fazė (m), kur t įvyks esant 1150°C →m fazės pokytis, kartu su tūrio padidėjimu apie 5%. Tačiau, jei ZrO2 t→m fazinio virsmo taškas stabilizuojamas iki kambario temperatūros, t→m fazių perėjimą sukelia įtempis apkrovos metu. Dėl fazės pokyčio sukuriamo tūrio efekto sugeriama daug lūžio energijos. , kad medžiaga pasižymėtų neįprastai didele lūžimo energija, kad medžiaga pasižymėtų neįprastai dideliu atsparumu lūžimui, todėl fazinės transformacijos atsparumas, didelis kietumas ir didelis atsparumas dilimui. seksas.

Norint pasiekti cirkonio keramikos fazių kaitos grūdinimą, reikia pridėti tam tikro stabilizatoriaus ir, esant tam tikroms degimo sąlygoms, aukštoje temperatūroje stabili fazinė-tetragoninė metastabilizacija iki kambario temperatūros gauna tetragoninę fazę, kurią galima faziškai transformuoti kambario temperatūroje. . Tai stabilizuojantis stabilizatorių poveikis cirkoniui. Y2O3 yra iki šiol labiausiai ištirtas cirkonio oksido stabilizatorius. Sukepinta Y-TZP medžiaga pasižymi puikiomis mechaninėmis savybėmis kambario temperatūroje, dideliu stiprumu, geru atsparumu plyšimui, o jos sudėtyje esančios medžiagos grūdelių dydis yra mažas ir vienodas, todėl patraukė daugiau dėmesio. 02 Pagalbinės sukepinimo priemonės Norint sukepinti daugelį specialių keramikos gaminių, reikia naudoti pagalbines sukepinimo priemones. Pagalbinių sukepinimo priemonių vaidmenį paprastai galima suskirstyti į šias dalis: kieto tirpalo formavimas su sukeptuvu; užkirsti kelią kristalų formos transformacijai; slopina kristalų grūdelių augimą; gaminti skystą fazę. Pavyzdžiui, sukepinant aliuminio oksidą, magnio oksidas MgO dažnai pridedamas kaip mikrostruktūros stabilizatorius sukepinimo proceso metu. Jis gali patobulinti grūdus, labai sumažinti grūdų ribinės energijos skirtumą, susilpninti grūdų augimo anizotropiją ir slopinti nenutrūkstamą grūdų augimą. Kadangi MgO yra labai lakus aukštoje temperatūroje, norint pasiekti gerų rezultatų, itrio oksidas dažnai maišomas su MgO. Y2O3 gali patobulinti kristalų grūdelius ir skatinti sukepinimo tankinimą. 03YAG miltelių sintetinis itrio aliuminio granatas (Y3Al5O12) yra dirbtinis junginys, be natūralių mineralų, bespalvis, Moso kietumas gali siekti 8,5, lydymosi temperatūra 1950 ℃, netirpus sieros rūgštyje, druskos rūgštyje, azoto rūgštyje, vandenilio fluorido rūgštyje ir kt. Aukštos temperatūros kietosios fazės metodas yra tradicinis YAG miltelių paruošimo būdas. Pagal santykį, gautą dvejetainėje itrio oksido ir aliuminio oksido fazių diagramoje, du milteliai sumaišomi ir kaitinami aukštoje temperatūroje, o YAG milteliai susidaro per kietą medžiagą. -fazinė reakcija tarp oksidų. Aukštos temperatūros sąlygomis, vykstant aliuminio oksido ir itrio oksido reakcijai, pirmiausia susiformuos mezofazės YAM ir YAP, o galiausiai – YAG.

Aukštos temperatūros kietosios fazės metodas YAG milteliams paruošti turi daugybę pritaikymų. Pavyzdžiui, jo Al-O jungties dydis yra mažas, o jungties energija yra didelė. Elektronams veikiant, optinė charakteristika išlieka stabili, o retųjų žemių elementų įvedimas gali žymiai pagerinti fosforo liuminescencijos charakteristikas. YAG gali tapti fosforu dopinguojant trivalenčiais retųjų žemių jonais, tokiais kaip Ce3+ ir Eu3+. Be to, YAG kristalas turi gerą skaidrumą, labai stabilias fizines ir chemines savybes, didelį mechaninį stiprumą ir gerą atsparumą šiluminiam šliaužimui. Tai lazerinio kristalo medžiaga, turinti platų pritaikymo spektrą ir idealų našumą.

YAG crystal 04 skaidrus keraminis itrio oksidas visada buvo skaidrios keramikos srities tyrimų objektas. Jis priklauso kubinei kristalų sistemai ir turi kiekvienos ašies izotropines optines savybes. Lyginant su skaidraus aliuminio oksido anizotropija, vaizdas mažiau iškraipomas, todėl Palaipsniui jį pradėjo vertinti ir tobulinti aukščiausios klasės lęšiai ar kariniai optiniai langai. Pagrindinės jo fizinių ir cheminių savybių charakteristikos yra šios: ① Aukšta lydymosi temperatūra, geras cheminis ir fotocheminis stabilumas, platus optinio skaidrumo diapazonas (0,23–8,0 μm); ②Esant 1050 nm, jo ​​lūžio rodiklis yra net 1,89, todėl jo teorinis pralaidumas yra didesnis nei 80%; ③Y2O3 yra pakankamai, kad tilptų dauguma Juostos tarpas nuo didesnės laidumo juostos iki trivalenčių retųjų žemių jonų emisijos lygio valentinės juostos gali būti veiksmingai pritaikytas naudojant retųjų žemių jonų legiravimą. Kad būtų galima pritaikyti įvairias funkcijas ; ④Fonono energija yra maža, o jo didžiausias fonono išjungimo dažnis yra apie 550 cm-1. Maža fonono energija gali slopinti neradiacinio perėjimo tikimybę, padidinti spinduliuotės perėjimo tikimybę ir pagerinti liuminescencijos kvantinį efektyvumą; ⑤ Didelis šilumos laidumas, apie 13,6 W/(m·K), didelis šilumos laidumas yra itin didelis

jai svarbi kaip kieta lazerinės terpės medžiaga.

Skaidri itrio oksido keramika, sukurta Japonijos Kamishima Chemical Company

Y2O3 lydymosi temperatūra yra apie 2690 ℃, o sukepinimo temperatūra kambario temperatūroje yra apie 1700 ~ 1800 ℃. Norint pagaminti šviesą praleidžiančią keramiką, geriausia naudoti karštąjį presavimą ir sukepinimą. Dėl puikių fizinių ir cheminių savybių Y2O3 skaidri keramika yra plačiai naudojama ir potencialiai vystoma, įskaitant: raketų infraraudonųjų spindulių langus ir kupolus, matomus ir infraraudonuosius lęšius, aukšto slėgio dujų išlydžio lempas, keraminius scintiliatorius, keraminius lazerius ir kitas sritis.