Compostos importantes de terras raras: Quais são os usos do pó de óxido de ítrio?

Compostos importantes de terras raras: Quais são os usos do pó de óxido de ítrio?

As terras raras são um recurso estratégico extremamente importante e desempenham um papel insubstituível na produção industrial. Vidro automotivo, ressonância magnética nuclear, fibra óptica, tela de cristal líquido, etc. são inseparáveis ​​da adição de terras raras. Entre eles, o ítrio (Y) é um dos elementos metálicos de terras raras e é uma espécie de metal cinza. Porém, devido ao seu alto teor na crosta terrestre, o preço é relativamente barato e é amplamente utilizado. Na produção social atual, é utilizado principalmente no estado de liga de ítrio e óxido de ítrio.

Metal de ítrio
Entre eles, o óxido de ítrio (Y2O3) é o composto de ítrio mais importante. É insolúvel em água e álcalis, solúvel em ácido e tem aparência de pó cristalino branco (a estrutura cristalina pertence ao sistema cúbico). Possui estabilidade química muito boa e está sob vácuo. Baixa volatilidade, alta resistência ao calor, resistência à corrosão, alto dielétrico, transparência (infravermelho) e outras vantagens, por isso tem sido aplicado em diversos campos. Quais são os específicos? Vamos dar uma olhada.

A estrutura cristalina do óxido de ítrio

01 Síntese de pó de zircônia estabilizada com ítrio. As seguintes mudanças de fase ocorrerão durante o resfriamento do ZrO2 puro da alta temperatura até a temperatura ambiente: fase cúbica (c) → fase tetragonal (t) → fase monoclínica (m), onde t ocorrerá a 1150°C →m mudança de fase, acompanhado por uma expansão de volume de cerca de 5%. No entanto, se o ponto de transição de fase t→m do ZrO2 for estabilizado à temperatura ambiente, a transição de fase t→m é induzida pela tensão durante o carregamento. Devido ao efeito de volume gerado pela mudança de fase, uma grande quantidade de energia de fratura é absorvida , de modo que o material exiba uma energia de fratura anormalmente alta, de modo que o material exiba uma tenacidade à fratura anormalmente alta, resultando em tenacidade de transformação de fase e alta tenacidade e alta resistência ao desgaste. sexo.

Para alcançar o endurecimento por mudança de fase da cerâmica de zircônia, um certo estabilizador deve ser adicionado e sob certas condições de queima, a metaestabilização de fase tetragonal estável em alta temperatura à temperatura ambiente, obtém uma fase tetragonal que pode ser transformada em fase à temperatura ambiente . É o efeito estabilizador dos estabilizadores na zircônia. Y2O3 é o estabilizador de óxido de zircônio mais pesquisado até agora. O material sinterizado Y-TZP tem excelentes propriedades mecânicas à temperatura ambiente, alta resistência, boa tenacidade à fratura e o tamanho do grão do material em seu coletivo é pequeno e uniforme, por isso tem atraiu mais atenção. 02 Auxiliares de sinterização A sinterização de muitas cerâmicas especiais requer a participação de auxiliares de sinterização. O papel dos auxiliares de sinterização pode geralmente ser dividido nas seguintes partes: formar uma solução sólida com o sinter; Evitar a transformação da forma cristalina; inibir o crescimento de grãos de cristal; produzir fase líquida. Por exemplo, na sinterização de alumina, o óxido de magnésio MgO é frequentemente adicionado como estabilizador de microestrutura durante o processo de sinterização. Pode refinar os grãos, reduzir significativamente a diferença na energia dos limites dos grãos, enfraquecer a anisotropia do crescimento dos grãos e inibir o crescimento descontínuo dos grãos. Como o MgO é altamente volátil em altas temperaturas, para obter bons resultados, o óxido de ítrio é frequentemente misturado com MgO. Y2O3 pode refinar os grãos de cristal e promover a densificação da sinterização. A granada sintética de ítrio-alumínio em pó 03YAG (Y3Al5O12) é um composto sintético, sem minerais naturais, incolor, a dureza de Mohs pode chegar a 8,5, ponto de fusão 1950 ℃, insolúvel em ácido sulfúrico, ácido clorídrico, ácido nítrico, ácido fluorídrico, etc. O método de fase sólida de alta temperatura é um método tradicional para preparar o pó YAG. De acordo com a proporção obtida no diagrama de fase binária de óxido de ítrio e óxido de alumínio, os dois pós são misturados e queimados em alta temperatura, e o pó YAG é formado através da reação em fase sólida entre os óxidos. Sob condições de alta temperatura, na reação da alumina e do óxido de ítrio, as mesofases YAM e YAP serão formadas primeiro e, finalmente, YAG será formada.

O método de fase sólida de alta temperatura para preparar o pó YAG tem muitas aplicações. Por exemplo, o tamanho da ligação Al-O é pequeno e a energia da ligação é alta. Sob o impacto dos elétrons, o desempenho óptico é mantido estável, e a introdução de elementos de terras raras pode melhorar significativamente o desempenho de luminescência do fósforo. E o YAG pode se tornar fósforo dopando com íons de terras raras trivalentes, como Ce3+ e Eu3+. Além disso, o cristal YAG possui boa transparência, propriedades físicas e químicas muito estáveis, alta resistência mecânica e boa resistência à fluência térmica. É um material de cristal laser com ampla gama de aplicações e desempenho ideal.

O óxido de ítrio cerâmico transparente YAG cristal 04 sempre foi o foco de pesquisa na área de cerâmica transparente. Pertence ao sistema cristalino cúbico e possui as propriedades ópticas isotrópicas de cada eixo. Comparada com a anisotropia da alumina transparente, a imagem fica menos distorcida, por isso, gradativamente, tem sido valorizada e desenvolvida por lentes de última geração ou janelas ópticas militares. As principais características de suas propriedades físicas e químicas são: ①Alto ponto de fusão,A estabilidade química e fotoquímica é boa e a faixa de transparência óptica é ampla (0,23 ~ 8,0μm); ②Em 1050 nm, seu índice de refração chega a 1,89, o que faz com que tenha uma transmitância teórica superior a 80%; ③Y2O3 tem o suficiente para acomodar a maior parte. O intervalo de banda da banda de condução maior até a banda de valência do nível de emissão de íons de terras raras trivalentes pode ser efetivamente adaptado pela dopagem de íons de terras raras. ; ④A energia do fônon é baixa e sua frequência máxima de corte do fônon é de cerca de 550cm-1. A baixa energia do fônon pode suprimir a probabilidade de transição não radiativa, aumentar a probabilidade de transição de radiação e melhorar a eficiência quântica da luminescência; ⑤Alta condutividade térmica, cerca de 13,6 W/(m·K), alta condutividade térmica é extremamente

importante para ele como um material sólido de meio laser.

Cerâmica transparente de óxido de ítrio desenvolvida pela Kamishima Chemical Company do Japão

O ponto de fusão do Y2O3 é de cerca de 2.690 ℃, e a temperatura de sinterização à temperatura ambiente é de cerca de 1.700 ~ 1.800 ℃. Para fazer cerâmicas transmissoras de luz, é melhor usar prensagem a quente e sinterização. Devido às suas excelentes propriedades físicas e químicas, a cerâmica transparente Y2O3 é amplamente utilizada e potencialmente desenvolvida, incluindo: janelas e cúpulas infravermelhas de mísseis, lentes visíveis e infravermelhas, lâmpadas de descarga de gás de alta pressão, cintiladores cerâmicos, lasers cerâmicos e outros campos.