Elementos de terras rarassão um termo geral para 17 elementos de metal, incluindo 15 elementos de lantanídeo eescândioeítrio. Desde o final do século XVIII, eles têm sido amplamente utilizados em metalurgia, cerâmica, vidro, petroquímicos, impressão e tingimento, agricultura e silvicultura e outras indústrias. A aplicação de elementos de terras raras na indústria de cerâmica do meu país começou na década de 1930. Na década de 1970, o valor total deterras rarasUtilizado em materiais cerâmicos atingidos 70T/ano, representando cerca de 2% a 3% da produção doméstica total. Atualmente, as terras raras são usadas principalmente em cerâmica estrutural, cerâmica funcional, esmaltes de cerâmica e outros campos. Com o desenvolvimento contínuo e a aplicação de novos materiais de terras raras, as terras raras são usadas como aditivos, estabilizadores e ajuda a sinterização em vários materiais de cerâmica, o que melhora bastante seu desempenho, reduz os custos de produção e possibilita sua aplicação industrial.
Aplicação de elementos de terras raras na cerâmica estrutural
■ Aplicação emAL2O3cerâmica AL2O3 A cerâmica é a cerâmica estrutural mais amplamente usada devido à sua alta resistência, alta resistência à temperatura, bom isolamento, resistência ao desgaste, resistência à corrosão e boas propriedades eletromecânicas. Adicionando óxidos de terras raras, comoY2o3, La2o3, SM2O3, etc. pode melhorar as propriedades de umedecimento dos materiais compósitos Al2O3, reduzir o ponto de fusão dos materiais cerâmicos; reduzir a porosidade do material e aumentar a densidade; prejudicar a migração de outros íons, reduzir a taxa de migração dos limites dos grãos, inibir o crescimento dos grãos e facilitar a formação de estruturas densas; Melhore a força da fase de vidro, alcançando assim o objetivo de melhorar as propriedades mecânicas da cerâmica AL2O3.
■ Aplicação emSi3N4A cerâmica de cerâmica e tem excelentes propriedades mecânicas, propriedades térmicas e estabilidade química e são os materiais mais promissores para cerâmica estrutural de alta temperatura. Como o Si3N4 é um forte composto de ligação covalente, o Si3N4 puro não pode ser densificado pela sinterização de fase sólida convencional. Portanto, além da sinterização da reação da nitridação direta do pó de Si, uma certa quantidade de ajuda de sinterização deve ser adicionada para criar um material denso. Atualmente, os auxílios de sinterização mais ideais para a preparação da cerâmica SI3N4 são óxidos de terras raras, comoY2o3, Nd2o3, eLa2o3. Por um lado, esses óxidos de terras raras reagem com rastreio SiO2 na superfície do pó Si3N4 a alta temperatura para gerar fases de vidro de alta temperatura contendo nitrogênio, que promovem efetivamente a sinterização da cerâmica de Si3N4; Por outro lado, eles formam limites de grãos de vidro Y-la-Si-On com alta refratização e viscosidade, têm alta resistência à flexão de alta temperatura e boa resistência a oxidação e são fáceis de precipitar compostos cristalinos contendo Y e LA com altos pontos de fusão.
■ Aplicação emZRO2A cerâmica de cerâmica ZRO2 tem alta densidade, alto ponto de fusão e dureza, especialmente força de flexão e tenacidade à fratura, que são as mais altas entre todas as cerâmicas. Como a transformação de cristal do ZRO2 é acompanhada por alteração óbvia de volume, o escopo do uso direto é limitado. Com o aprofundamento do trabalho de pesquisa, verificou -se que a adição de óxidos de terras raras tem um melhor efeito inibitório e estabilizador na mudança de fase do ZRO2. Os óxidos de terras raras comumente usadas são principalmenteY2o3, Assim,Nd2o3e CE2O3. Seu raio iônico é basicamente próximo ao do ZR4+, e eles podem formar soluções sólidas monoclínicas, tetragonais e cúbicas com ZRO2. Esse tipo de material de cerâmica ZRO2 possui bons indicadores de desempenho técnico. Por exemplo,CEO2pode formar uma região de fase da solução sólida de zircônia tetragonal em uma ampla faixa com ZRO2, que é um bom material de eletrólito sólido. O ZRO2 estabilizado por Y2O3 (YSZ) é um excelente material do condutor de íons de oxigênio, que tem sido amplamente utilizado em células de combustível de óxido sólido (SOFC), sensores de oxigênio e reatores de membrana parcial de oxidação do metano.
■ Aplicação emSiccerâmicaCarboneto de silícioA cerâmica é resistente a altas temperaturas, choque térmico, corrosão, desgaste, boa condutividade térmica e peso leve, e são comumente usados cerâmica estrutural de alta temperatura. As fortes características de ligação covalente deSicDetermine que é difícil alcançar a densificação de sinterização em condições normais. Geralmente é necessário adicionar auxílios de sinterização ou usar processos de pressão de síntera por prensagem a quente e isostática quente. O processo de produção é complicado e o custo é alto. A ajuda de sinterização mais eficaz para a sinterização sem pressionada do SiC é Al2O3-Y2O3; Materiais compósitos de cerâmica SiC-Yag com Y3AL5O12 (YAG para curta), pois o principal auxiliar de sinterização pode obter sinterização de densificação a uma temperatura mais baixa, portanto, são considerados um dos sistemas de cerâmica de carboneto de silício mais promissores.
■ Aplicação emALNcerâmicaALNé um composto de ligação covalente com um alto ponto de fusão, alta condutividade térmica, baixa constante dielétrica e resistência à corrosão de metais e ligas como ferro e alumínio. Possui excelente resistência à alta temperatura em atmosferas especiais e é um substrato de circuito integrado e de embalagem integrado em larga escala ideal. Como o ALN é uma ligação covalente, a sinterização é muito difícil e uma única ajuda de sinterização só pode reduzir a temperatura de sinterização em uma extensão limitada; portanto, a AIDS composta (óxidos de metal de terras raras e óxidos de metal de terra alcalina) são geralmente usados como auxílios à sinterização para formar uma fase líquida para promover a sinterização. Além disso, a AIDS de sinterização também pode reagir com impurezas de oxigênio emALN, reduza as vagas de alumínio causadas por oxigênio parcial se dissolvendo na rede ALN e melhore a condutividade térmica deALN.
■ Aplicação em Sialon Ceramics Sialon Ceramics é uma espécie de cerâmica de nitreto policristalino denso dense Si-nãoSi3N4cerâmica. Eles são formados por substituição parcial de átomos de Si e n átomos emSi3N4por átomos de Al e átomos de O em Al2O3. Sua resistência à força, resistência e oxidação são melhores que a cerâmica SI3N4 e são particularmente adequadas para componentes de motor cerâmica e outros produtos cerâmicos resistentes ao desgaste. Os materiais de Sialon não são fáceis de sinterizar. A introdução de óxidos de terras raras é propícia à formação da fase líquida a uma temperatura mais baixa, o que promove efetivamente a sinterização. Ao mesmo tempo, os cátions de terras raras podem entrar na treliça da fase α-SI3N4, reduzir o conteúdo da fase de vidro e formar uma fase de limite de grão, melhorando a temperatura ambiente e o desempenho de alta temperatura do material. Estudos mostraram que adicionar 1%Y2o3pode formar uma fase de vidro de alta temperatura quando a cerâmica de sinterização de Sialon a altas temperaturas, o que não apenas promove a sinterização, mas também melhora sua tenacidade à fratura. Além disso, a adição de uma pequena quantidade de Y2O3 também melhora muito sua resistência a oxidação.
Aplicação de elementos de terras raras em cerâmica funcional
Terras rarasestão intimamente relacionados à cerâmica funcional. Adicionando certoelementos de terras rarasPara as matérias -primas de muitas cerâmicas funcionais, não apenas melhoram a sinterização, densidade, força etc. da cerâmica, mas, mais importante, pode melhorar significativamente seus efeitos funcionais únicos.
1Papel na cerâmica supercondutora desde 1987, quando cientistas materiais da China, Japão, Estados Unidos e outros países descobriram que a cerâmica de óxidoÓxido de cobre de bário Yttrium(YBCO) possui excelente supercondutividade de alta temperatura (TC até 92K), as pessoas fizeram muito trabalho na pesquisa de desempenho e no desenvolvimento de aplicações de cerâmica supercondutora de alta temperatura em terras raras e fizeram muitos progressos importantes. Estudos japoneses mostraram que depois de substituir Y em YBCO porTerras raras leves(Ln) comoNd, Sm, Eu, eGd, a força crítica do campo magnético do material cerâmico supercondutor resultante LNBCO é significativamente melhorado, e a força de pinamento de fluxo magnético também é bastante aprimorada, o que é de grande valor prático em eletricidade, armazenamento de energia e transporte. A Universidade de Pequim usadaZRO2como substrato e aqueci a cerca de 200 ° C, e evaporou y (ou outroterras raras), Óxidos de BA e Cu no substrato em camadas para tratamento de difusão e o térmico os tratou na faixa de temperatura de 800-900 ° C. A cerâmica supercondutora resultante mostrou um bom coeficiente de temperatura de resistência metálica acima de 100k. Universidade Kagoshima no Japão adicionouTerra raraOs óxidos de LA a SR e NB para fazer um filme de cerâmica, que exibiu supercondutividade a 255k.
2 Aplicação na cerâmica piezoelétrica Titanato de chumbo (PBTIO3) é uma cerâmica piezoelétrica típica com efeito mecânico de acoplamento de energia elétrica. Possui uma temperatura alta e alta (490 ° C) e uma constante dielétrica baixa e é adequada para aplicação em condições de alta temperatura e alta frequência. No entanto, durante seu processo de preparação e resfriamento, as micro rachaduras tendem a ocorrer devido à transição da fase tetragonal cubica. Para resolver esse problema, as terras raras são usadas para modificá -lo. Após sinterização a 1150 ° C, a cerâmica de re-pbtio3 com uma densidade relativa de 99% pode ser obtida. A microestrutura é significativamente melhorada e pode ser usada para fabricar matrizes de transdutores que trabalham sob condições de alta frequência de 75MHz. No titanato de zirconato de chumbo (PZT) cerâmica piezoelétrica com altos coeficientes piezoelétricos, adicionando óxidos de terras raras, comoLa2o3, SM2O3, eNd2o3, as propriedades de sinterização da cerâmica da PZT podem ser melhoradas e as propriedades elétricas e piezoelétricas estáveis e estáveis podem ser obtidas. Além disso, o desempenho da cerâmica da PZT pode ser melhorado adicionando uma pequena quantidade de óxido de terras rarasCEO2. Após a adição de CEO2, a resistividade do volume da cerâmica da PZT aumenta, o que é propício à realização da polarização sob alta temperatura e alto campo elétrico no processo, e sua resistência ao envelhecimento do tempo e ao envelhecimento da temperatura também é melhorada. Cerâmica PZT modificada porterras rarastêm sido amplamente utilizados em geradores de alta tensão, geradores ultrassônicos, transdutores acústicos subaquáticos e outros dispositivos.
3Aplicação em cerâmica condutora de cerâmica de zircônia estabilizada por Yttrium (YSZ) comóxido de terras raras Y2o3Como o aditivo possui boa estabilidade térmica e química em altas temperaturas, são bons condutores de íons de oxigênio e têm uma posição proeminente na cerâmica condutora de íons. Os sensores de cerâmica YSZ foram usados com sucesso para medir a pressão parcial de oxigênio no escape de automóveis, controlar efetivamente a relação ar/combustível e ter efeitos significativos de economia de energia. Eles têm sido amplamente utilizados em caldeiras industriais, fornos de fundição, incineradores e outros equipamentos baseados em combustão. No entanto, a cerâmica YSZ mostra apenas alta condutividade iônica quando a temperatura é superior a 900 ° C, portanto sua aplicação ainda está sujeita a certas restrições. A pesquisa existente descobriu que adicionar uma quantidade apropriada de y2O3 ouGD2O3 to BI2O3A cerâmica com maior condutividade iônica pode estabilizar a fase cúbica e a temperatura ambiente centrada na face. Ao mesmo tempo, os padrões de difração de raios-X também mostraram que (Bi2O3) 0,75 · (Y2O3) 0,25 e (Bi2O3) 0,65 · (GD2O3) 0,35 são estruturas cúbicas centradas na face estável com alta condutividade de íons de oxigênio. Após revestimento, o lado deste cerâmica com um filme protetor de (ZRO2) 0,92 (Y2O3) 0,08, células de combustível e sensores de oxigênio com alta condutividade iônica e boa estabilidade que pode funcionar sob condições de temperatura média (500 ~ 800 ℃) podem ser preparadas e montadas, o que é conducente para solucionar as dificuldades trazidas de alto timpério.
4 A aplicação em cerâmica dielétrica cerâmica é usada principalmente para fazer capacitores de cerâmica e componentes dielétricos de microondas. Em cerâmica dielétrica, comoTiO2, Mgtio3,Batio3e sua cerâmica dielétrica composta, adicionandoterras rarascomo LA, ND e DY podem melhorar significativamente suas propriedades dielétricas. Por exemplo, na cerâmica da batio3 com uma alta constante dielétrica, adicionando compostos de terras raras de LA e e nd com um valor constante dielétrico de ε = 30 ~ 60 pode manter sua constante dielétrica estável em uma ampla faixa de temperatura, e a vida útil do serviço do dispositivo é significativamente melhorada. Em cerâmica dielétrica para capacitores de compensação térmica, as terras raras também podem ser adicionadas adequadamente conforme necessário para melhorar ou ajustar a constante dielétrica, o coeficiente de temperatura e o fator de qualidade da cerâmica, expandindo assim sua faixa de aplicação. A cerâmica de titanato de magnésio do capacitor termicamente estável é modificada com LA2O3 e a cerâmica de MGO · TiO2-LA2O3-TiO2 e Catio3-Mgtio3-LA2TIO5 Cerâmica não apenas mantém as características originais da perda de dielétrica e coeficiente de temperatura, mas também melhoram significativamente o DIELETRIC.constante.
5 A aplicação em cerâmica sensível cerâmica sensível é um tipo importante de cerâmica funcional. Eles são caracterizados por serem sensíveis a certas condições externas, como tensão, composição de gás, temperatura, umidade etc. Portanto, podem monitorar circuitos, processos operacionais ou ambientes através da reação ou mudança de seus parâmetros de desempenho elétrico relacionados. Eles são amplamente utilizados como elementos de detecção nos circuitos de controle, portanto também são chamados de cerâmica do sensor. Existe uma relação estreita entre as terras raras e o desempenho desse tipo de cerâmica.
(1) Cerâmica eletro-óptica: adicionando óxido de terras rarasLa2o3Para PZT, podem ser obtidas cerâmicas eletro-ópticas de zirconato de zirconato de chumbo de chumbo (PLZT). O material da matriz original PZT é geralmente opaco devido à presença de poros, fases de limite de grão e anisotropia, enquanto a adição de LA2O3 torna sua microestrutura uniforme, elimina amplamente os poros, enfraquece sua anisotropia e reduz significativamente os luminárias causadas por múltiplos graus nos limites de grãos. Portanto, o PLZT tem um bom desempenho de transmissão de luz. O PLZT é amplamente utilizado em óculos de proteção para proteger a radiação de explosão nuclear, janelas de bombardeiros pesados, moduladores de comunicação óptica, dispositivos de gravação holográfica, etc.
(2) Cerâmica do Varistor: a Universidade de Tecnologia Central do Sul estudou o efeito de elementos de terras raras nas propriedades elétricas da cerâmica do Varistor de ZnO. Depois que a cerâmica do varistor de ZnO foi dopada com óxido de terras rarasLa2o3, o valor do VLMA da tensão do varistor aumentou significativamente; Quando a quantidade de doping aumentou de 0,1% para 10%, o coeficiente não linear α da cerâmica diminuiu de 20 para 1 e basicamente não tinha propriedades de varistores. Portanto, para a cerâmica do ZnO, o doping de elementos de terras raras de baixa concentração pode aumentar seu valor de tensão do varistor, mas tem pouco efeito no coeficiente não linear; e o doping de alta concentração não mostra características de varistores.
(3) Cerâmica sensível a gás: desde a década de 1970, as pessoas fizeram muita pesquisa sobre o papel de adicionar óxidos de terras raras a materiais cerâmicos sensíveis a gás, como o ZnO,Sno2eFe2o3, e produziu materiais de óxido composto de terras raras ABO3 e A2BO4. Os resultados da pesquisa mostram que a adição de óxidos de terras raras ao ZnO pode melhorar significativamente sua sensibilidade ao propileno; adicionandoCEO2para SNO2 pode produzir um elemento sinterizado sensível ao etanol.
(4) Cerâmica do termistor: o titanato de bário (Batio3) é a cerâmica do termistor mais estudada e amplamente utilizada. Quando elementos de terra rara, como LA, CE, SM, DY, Y, etc. são adicionados ao BATIO3 (a fração atômica molar é controlada em 0,2% a 0,3%), parte do Ba2+ é substituída por Re3+ com um raio semelhante ao Ba2+, gerando excesso de positivo e formando os elétrons fracos através da ação da ação de Ti4+ No entanto, se a quantidade de doping exceder um certo valor, devido à formação de vagas de Ba2+ e ao desaparecimento de portadores condutores, a resistividade da cerâmica aumenta acentuadamente e até se tornará um isolador.
(5) Humidity-sensitive ceramics: Among the various types of humidity-sensitive ceramics, the rare earths currently added are mainly lanthanum and its oxides, such as Sr1-xLaxSnO3 system, La2O3-TiO2 system, La2O3-TiO2-V2O5 system, Sr0.95La0.05SnO3 and PD0.91LA0.09 (ZR0.65TI0.35) 0,98O3-KH2PO3, etc. Para melhorar ainda mais a sensibilidade da cerâmica de umidade, em termos de realismo e estabilidade e aumentar sua praticidade, também é necessário fortalecer a pesquisa sobre a influência da influênciaTerra raraadição nas propriedades relevantes da cerâmica.
Somos especializados em exportar produtos de terras raras, para comprar produtos de terras raras, bem -vindo acontata -nos
Sales@shxlchem.com; Delia@shxlchem.com
Whatsapp & tel: 008613524231522; 0086 13661632459
Hora de postagem: Feb-06-2025