Aký je vplyv oxidov vzácnych zemín v keramických povlakoch?

Keramika, kovové materiály a polymérne materiály sú uvedené ako tri hlavné pevné materiály. Keramika má mnoho vynikajúcich vlastností, ako je odolnosť voči vysokej teplote, odolnosť proti korózii, odolnosť proti opotrebeniu atď., Pretože režim atómovej väzby keramiky je iónová väzba, kovalentná väzba alebo zmiešaná iónovo-kovalentná väzba s vysokou väzbovou energiou. Keramický povlak môže zmeniť vzhľad, štruktúru a výkon vonkajšieho povrchu substrátu, kompozit povlak-substrát je uprednostňovaný pre svoj nový výkon. Dokáže organicky kombinovať pôvodné vlastnosti substrátu s charakteristikami odolnosti voči vysokej teplote, vysokej odolnosti voči opotrebovaniu a vysokej odolnosti keramických materiálov voči korózii a poskytuje plnú hru komplexným výhodám týchto dvoch druhov materiálov, takže je široko používaný v leteckom a kozmickom priemysle. , letectvo, národná obrana, chemický priemysel a ďalšie priemyselné odvetvia.

Vzácna zemina sa nazýva „dom pokladov“ nových materiálov kvôli svojej jedinečnej elektronickej štruktúre 4f a fyzikálnym a chemickým vlastnostiam. Čisté kovy vzácnych zemín sa však priamo vo výskume používajú len zriedka a väčšinou sa používajú zlúčeniny vzácnych zemín. Najbežnejšie zlúčeniny sú CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS a ferosilícium vzácnych zemín. Tieto zlúčeniny vzácnych zemín môžu zlepšiť štruktúru a vlastnosti keramických materiálov a keramických povlakov.

I aplikácia oxidov vzácnych zemín v keramických materiáloch

Pridanie prvkov vzácnych zemín ako stabilizátorov a spekacích pomôcok do rôznych keramických materiálov môže znížiť teplotu spekania, zlepšiť pevnosť a húževnatosť niektorých konštrukčných keramických materiálov, a tým znížiť výrobné náklady. Zároveň prvky vzácnych zemín zohrávajú veľmi dôležitú úlohu aj v polovodičových senzoroch plynov, mikrovlnných médiách, piezoelektrickej keramike a inej funkčnej keramike. Výskum zistil, že pridanie dvoch alebo viacerých oxidov vzácnych zemín do keramiky z oxidu hlinitého je lepšie ako pridanie jedného oxidu vzácnych zemín do keramiky z oxidu hlinitého. Po optimalizačnom teste má Y2O3+CeO2 najlepší účinok. Keď sa pridá 0,2 % Y2O3 + 0,2 % CeO2 pri 1490 °C, relatívna hustota spekaných vzoriek môže dosiahnuť 96,2 %, čo prevyšuje hustotu vzoriek s akýmkoľvek oxidom vzácnych zemín Y2O3 alebo samotným CeO2.

Účinok La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 pri podpore spekania je lepší ako pri pridávaní iba La2O3 a odolnosť proti opotrebeniu je zjavne zlepšená. Ukazuje tiež, že zmiešanie dvoch oxidov vzácnych zemín nie je jednoduchým doplnkom, ale existuje medzi nimi interakcia, ktorá je výhodnejšia pre spekanie a zlepšenie výkonu keramiky z oxidu hlinitého, ale princíp je potrebné ešte preštudovať.

Okrem toho sa zistilo, že pridanie zmiešaných oxidov kovov vzácnych zemín ako spekacích AIDS môže zlepšiť migráciu materiálov, podporiť spekanie MgO keramiky a zlepšiť hustotu. Ak je však obsah zmiešaného oxidu kovu vyšší ako 15 %, relatívna hustota klesá a otvorená pórovitosť sa zvyšuje.

Po druhé, vplyv oxidov vzácnych zemín na vlastnosti keramických povlakov

Existujúci výskum ukazuje, že prvky vzácnych zemín môžu zjemniť veľkosť zŕn, zvýšiť hustotu, zlepšiť mikroštruktúru a vyčistiť rozhranie. Zohráva jedinečnú úlohu pri zlepšovaní pevnosti, húževnatosti, tvrdosti, odolnosti proti opotrebovaniu a korózii keramických povlakov, čím sa do určitej miery zlepšuje výkon keramických povlakov a rozširuje sa rozsah použitia keramických povlakov.

1

Zlepšenie mechanických vlastností keramických povlakov oxidmi vzácnych zemín

Oxidy vzácnych zemín môžu výrazne zlepšiť tvrdosť, pevnosť v ohybe a pevnosť v ťahu keramických povlakov. Experimentálne výsledky ukazujú, že pevnosť v ťahu povlaku možno účinne zlepšiť použitím Lao_2 ako prísady do materiálu Al2O3+3% TiO_2 a pevnosť väzby v ťahu môže dosiahnuť 27,36 MPa, keď je množstvo Lao_2 6,0. %. Pridaním CeO2 s hmotnostným podielom 3,0 % a 6,0 % do materiálu Cr2O3, pevnosť v ťahu povlaku je medzi 18~25MPa, čo je viac ako pôvodných 12~16MPa. Ak je však obsah CeO2 9,0 %, pevnosť v ťahu pevnosť spoja klesá na 12~15MPa.

2

Zlepšenie odolnosti keramického povlaku voči tepelným šokom vzácnou zeminou

Skúška odolnosti proti tepelnému šoku je dôležitým testom, ktorý kvalitatívne odráža pevnosť spojenia medzi náterom a substrátom a prispôsobenie koeficientu tepelnej rozťažnosti medzi náterom a substrátom. Priamo odráža schopnosť náteru odolávať odlupovaniu pri striedavých zmenách teploty počas používania a tiež odráža schopnosť náteru odolávať únave mechanickým nárazom a schopnosť spájať sa s podkladom zo strany. Preto je tiež kľúčovým faktorom pri posudzovaní kvalita keramického povlaku.

Výskum ukazuje, že pridanie 3,0% CeO2 môže znížiť pórovitosť a veľkosť pórov v povlaku a znížiť koncentráciu napätia na okraji pórov, čím sa zlepší odolnosť povlaku Cr2O3 proti tepelnému šoku. Avšak pórovitosť keramického povlaku Al2O3 sa znížila a pevnosť spojenia a životnosť povlaku pri tepelnom šoku sa po pridaní LaO2 zjavne zvýšila. Keď je pridané množstvo LaO2 6% (hmotnostný zlomok), odolnosť povlaku voči tepelnému šoku je najlepšia a životnosť pri porušení tepelným šokom môže dosiahnuť 218-krát, zatiaľ čo životnosť povlaku bez LaO2 pri tepelnom šoku je iba 163. krát.

3

Oxidy vzácnych zemín ovplyvňujú odolnosť povlakov voči opotrebovaniu

Oxidy vzácnych zemín používané na zlepšenie odolnosti keramických povlakov proti opotrebovaniu sú väčšinou CeO2 a La2O3. Ich šesťuholníková vrstvená štruktúra môže vykazovať dobrú mazaciu funkciu a udržiavať stabilné chemické vlastnosti pri vysokej teplote, čo môže účinne zlepšiť odolnosť proti opotrebeniu a znížiť koeficient trenia.

Výskum ukazuje, že koeficient trenia povlaku so správnym množstvom CeO2 je malý a stabilný. Uvádza sa, že pridanie La2O3 do plazmovo striekaného cermetového povlaku na báze niklu môže zjavne znížiť opotrebenie trením a koeficient trenia povlaku a koeficient trenia je stabilný s malými výkyvmi. Opotrebovávacia plocha obkladovej vrstvy bez vzácnych zemín vykazuje vážnu adhéziu a krehký lom a odlupovanie.Náter obsahujúci vzácne zeminy však vykazuje slabú priľnavosť na opotrebovanom povrchu a nie sú žiadne známky veľkoplošného krehkého odlupovania. Mikroštruktúra povlaku dopovaného vzácnymi zeminami je hustejšia a kompaktnejšia a póry sú redukované, čo znižuje priemernú treciu silu prenášanú mikroskopickými časticami a znižuje trenie a opotrebovanie Doping vzácnych zemín môže tiež zvýšiť vzdialenosť kryštálov cermetov. k zmene interakčnej sily medzi dvoma kryštálovými plochami a znižuje koeficient trenia.

Zhrnutie:

Hoci oxidy vzácnych zemín dosiahli veľké úspechy v aplikácii keramických materiálov a povlakov, ktoré môžu účinne zlepšiť mikroštruktúru a mechanické vlastnosti keramických materiálov a povlakov, stále existuje veľa neznámych vlastností, najmä pri znižovaní trenia a opotrebovania. pevnosť a odolnosť materiálov proti opotrebeniu spolupracujú s ich mazacími vlastnosťami sa stala dôležitým smerom hodným diskusie v oblasti tribológie.

Tel: +86-21-20970332Email：info@shxlchem.com