Важные редкоземельные соединения: как используется порошок оксида иттрия?
Редкоземельные элементы являются чрезвычайно важным стратегическим ресурсом и играют незаменимую роль в промышленном производстве. Автомобильное стекло, ядерный магнитный резонанс, оптическое волокно, жидкокристаллический дисплей и т. д. неотделимы от добавок редкоземельных элементов. Среди них иттрий (Y) является одним из редкоземельных металлов и представляет собой разновидность серого металла. Однако из-за его высокого содержания в земной коре цена относительно дешевая, и он широко используется. В современном общественном производстве он в основном используется в виде сплава иттрия и оксида иттрия.
Иттрий Металл
Среди них оксид иттрия (Y2O3) является наиболее важным соединением иттрия. Нерастворим в воде и щелочах, растворим в кислоте, имеет вид белого кристаллического порошка (кристаллическая структура относится к кубической системе). Он имеет очень хорошую химическую стабильность и находится в вакууме. Низкая летучесть, высокая термостойкость, коррозионная стойкость, высокая диэлектрическая проницаемость, прозрачность (инфракрасное излучение) и другие преимущества, поэтому он применяется во многих областях. Какие конкретно? Давайте посмотрим.
Кристаллическая структура оксида иттрия
01 Синтез порошка диоксида циркония, стабилизированного иттрием. При охлаждении чистого ZrO2 от высокой температуры до комнатной температуры произойдут следующие фазовые превращения: кубическая фаза (в) → тетрагональная фаза (t) → моноклинная фаза (m), где t произойдет при 1150°C → фазовый переход m, сопровождалось увеличением объема примерно на 5%. Однако, если точка фазового перехода t→m ZrO2 стабилизирована до комнатной температуры, фазовый переход t→m индуцируется напряжением во время нагрузки. Из-за объемного эффекта, создаваемого фазовым переходом, поглощается большое количество энергии разрушения. , так что материал демонстрирует аномально высокую энергию разрушения, так что материал демонстрирует аномально высокую вязкость разрушения, что приводит к вязкости фазового превращения, а также высокой ударной вязкости и высокой износостойкости. секс.
Чтобы добиться упрочнения циркониевой керамики с фазовым переходом, необходимо добавить определенный стабилизатор, и при определенных условиях обжига в результате высокотемпературной стабильной фазовой тетрагональной метастабилизации до комнатной температуры образуется тетрагональная фаза, которая может подвергаться фазовому превращению при комнатной температуре. . Это стабилизирующее действие стабилизаторов на диоксид циркония. Y2O3 на данный момент является наиболее исследованным стабилизатором оксида циркония. Спеченный материал Y-TZP обладает превосходными механическими свойствами при комнатной температуре, высокой прочностью, хорошей вязкостью разрушения, а размер зерен материала в его совокупности мал и однороден, поэтому он имеет привлекло больше внимания. 02 Вспомогательные средства для спекания Спекание многих специальных керамических изделий требует использования вспомогательных средств для спекания. Роль вспомогательных средств для спекания обычно можно разделить на следующие части: образование твердого раствора с помощью агломерата; предотвращение трансформации кристаллической формы; ингибировать рост кристаллических зерен; производят жидкую фазу. Например, при спекании оксида алюминия в процессе спекания в качестве стабилизатора микроструктуры часто добавляют оксид магния MgO. Он может измельчать зерна, значительно уменьшать разницу в энергии границ зерен, ослаблять анизотропию роста зерен и подавлять прерывистый рост зерен. Поскольку MgO очень летуч при высоких температурах, для достижения хороших результатов оксид иттрия часто смешивают с MgO. Y2O3 может измельчать кристаллические зерна и способствовать уплотнению при спекании. 03YAG порошок синтетического иттрий-алюминиевого граната (Y3Al5O12) представляет собой искусственное соединение, не содержит природных минералов, бесцветный, твердость по Моосу может достигать 8,5, температура плавления 1950 ℃, нерастворим в серной кислоте, соляной кислоте, азотной кислоте, плавиковой кислоте и т. д. Высокотемпературный твердофазный метод является традиционным методом приготовления порошка YAG. Согласно соотношению, полученному на бинарной фазовой диаграмме оксид иттрия и оксид алюминия, два порошка смешиваются и обжигаются при высокой температуре, а порошок YAG образуется в результате твердофазной реакции между оксидами. В условиях высоких температур при реакции оксида алюминия и оксида иттрия сначала будут образовываться мезофазы YAM и YAP, а затем YAG.
Высокотемпературный твердофазный метод получения порошка YAG имеет множество применений. Например, размер связи Al-O невелик, а энергия связи высока. Под воздействием электронов оптические характеристики остаются стабильными, а введение редкоземельных элементов может значительно улучшить люминесцентные характеристики люминофора. А YAG может стать люминофором путем легирования трехвалентными редкоземельными ионами, такими как Ce3+ и Eu3+. Кроме того, кристалл YAG обладает хорошей прозрачностью, очень стабильными физическими и химическими свойствами, высокой механической прочностью и хорошей термостойкостью. Это лазерный кристаллический материал с широким спектром применения и идеальными характеристиками.
Прозрачная керамика YAG Crystal 04 из оксида иттрия всегда была в центре внимания исследований в области прозрачной керамики. Он принадлежит к кубической кристаллической системе и обладает изотропными оптическими свойствами каждой оси. По сравнению с анизотропией прозрачного оксида алюминия изображение меньше искажается, поэтому постепенно его оценили и разработали высококачественные линзы или военные оптические окна. Основные характеристики его физических и химических свойств: ①Высокая температура плавления, хорошая химическая и фотохимическая стабильность, широкий диапазон оптической прозрачности (0,23 ~ 8,0 мкм); ②При длине волны 1050 нм его показатель преломления достигает 1,89, что обеспечивает теоретический коэффициент пропускания более 80%; ③Y2O3 имеет достаточно, чтобы вместить большинство. Запрещенная зона от большей зоны проводимости до валентной зоны уровня излучения трехвалентных редкоземельных ионов может быть эффективно адаптирована путем легирования редкоземельными ионами. Чтобы реализовать многофункциональность его применения ; ④Энергия фононов низкая, а максимальная частота отсечки фононов составляет около 550 см-1. Низкая энергия фононов может подавить вероятность безызлучательного перехода, увеличить вероятность радиационного перехода и улучшить квантовую эффективность люминесценции; ⑤Высокая теплопроводность, около 13,6 Вт/(м·К), высокая теплопроводность чрезвычайно высока.
важен для него как твердый материал лазерной среды.
Прозрачная керамика из оксида иттрия, разработанная японской компанией Kamishima Chemical Company.
Температура плавления Y2O3 составляет около 2690 ℃, а температура спекания при комнатной температуре составляет около 1700–1800 ℃. Для изготовления светопропускающей керамики лучше всего использовать горячее прессование и спекание. Благодаря своим превосходным физическим и химическим свойствам прозрачная керамика Y2O3 широко используется и потенциально разрабатывается, в том числе: инфракрасные окна и купола ракет, видимые и инфракрасные линзы, газоразрядные лампы высокого давления, керамические сцинтилляторы, керамические лазеры и другие области.
Время публикации: 25 ноября 2021 г.