Pomembne spojine redkih zemelj: Kakšna je uporaba prahu itrijevega oksida?

Pomembne spojine redkih zemelj: Kakšna je uporaba prahu itrijevega oksida?

Redke zemlje so izjemno pomemben strateški vir in imajo nenadomestljivo vlogo v industrijski proizvodnji. Avtomobilsko steklo, jedrska magnetna resonanca, optična vlakna, zaslon s tekočimi kristali itd. so neločljivi od dodajanja redkih zemelj. Med njimi je itrij (Y) eden od elementov redkih zemeljskih kovin in je neke vrste siva kovina. Vendar pa je zaradi visoke vsebnosti v zemeljski skorji cena razmeroma poceni in se široko uporablja. V trenutni družbeni proizvodnji se uporablja predvsem v stanju itrijeve zlitine in itrijevega oksida.

Itrijeva kovina
Med njimi je itrijev oksid (Y2O3) najpomembnejša itrijeva spojina. Je netopen v vodi in alkalijah, topen v kislini in ima videz belega kristalnega prahu (kristalna struktura pripada kubičnemu sistemu). Ima zelo dobro kemično stabilnost in je pod vakuumom. Nizka hlapnost, visoka toplotna odpornost, odpornost proti koroziji, visoka dielektričnost, preglednost (infrardeča) in druge prednosti, zato se uporablja na številnih področjih. Kateri so konkretni? Oglejmo si.

Kristalna struktura itrijevega oksida

01 Sinteza cirkonijevega prahu, stabiliziranega z itrijem. Med ohlajanjem čistega ZrO2 iz visoke temperature na sobno temperaturo se bodo zgodile naslednje fazne spremembe: kubična faza (c) → tetragonalna faza (t) → monoklinična faza (m), kjer se bo t pojavila pri 1150°C → m fazna sprememba, skupaj s povečanjem prostornine za približno 5 %. Če pa se točka faznega prehoda t→m ZrO2 stabilizira na sobno temperaturo, fazni prehod t→m povzroči napetost med obremenitvijo. Zaradi volumskega učinka, ki ga ustvari fazna sprememba, se absorbira velika količina energije loma , tako da material kaže neobičajno visoko lomno energijo, tako da material kaže nenormalno visoko lomno žilavost, kar ima za posledico žilavost fazne transformacije ter visoko žilavost in visoko odpornost proti obrabi. seks.

Da bi dosegli kaljenje cirkonijeve keramike s fazno spremembo, je treba dodati določen stabilizator in pod določenimi pogoji žganja visokotemperaturna stabilna fazno-tetragonalna metastabilizacija na sobno temperaturo pridobi tetragonalno fazo, ki jo je mogoče fazno transformirati pri sobni temperaturi. . To je stabilizacijski učinek stabilizatorjev na cirkonij. Y2O3 je doslej najbolj raziskan stabilizator cirkonijevega oksida. Sintran material Y-TZP ima odlične mehanske lastnosti pri sobni temperaturi, visoko trdnost, dobro lomno žilavost, velikost zrn materiala v njegovi skupini pa je majhna in enotna, zato ima pritegnila več pozornosti. 02 Pomožna sredstva za sintranje Sintranje številnih specialnih keramik zahteva uporabo sredstev za sintranje. Vlogo pripomočkov za sintranje lahko na splošno razdelimo na naslednje dele: tvorjenje trdne raztopine s sintranjem; preprečevanje transformacije kristalne oblike; zavira rast kristalnih zrn; proizvajajo tekočo fazo. Na primer, pri sintranju aluminijevega oksida je magnezijev oksid MgO pogosto dodan kot stabilizator mikrostrukture med procesom sintranja. Lahko prečisti zrna, močno zmanjša razliko v energiji meje zrn, oslabi anizotropijo rasti zrn in zavira diskontinuirano rast zrn. Ker je MgO zelo hlapljiv pri visokih temperaturah, da bi dosegli dobre rezultate, itrijev oksid pogosto mešamo z MgO. Y2O3 lahko prečisti kristalna zrna in spodbuja zgostitev sintranja. 03YAG praškasti sintetični itrijev aluminijev granat (Y3Al5O12) je umetna spojina, brez naravnih mineralov, brezbarvna, Mohsova trdota lahko doseže 8,5, tališče 1950 ℃, netopna v žveplovi kislini, klorovodikovi kislini, dušikovi kislini, fluorovodikovi kislini itd. Visokotemperaturna metoda trdne faze je tradicionalna metoda za pripravo prahu YAG. V skladu z razmerjem, dobljenim v binarnem faznem diagramu itrijevega oksida in aluminijevega oksida, se oba praška zmešata in sežgata pri visoki temperaturi, prašek YAG pa nastane skozi trdno snov -fazna reakcija med oksidi. V pogojih visoke temperature bosta pri reakciji aluminijevega oksida in itrijevega oksida najprej nastali mezofazi YAM in YAP, na koncu pa še YAG.

Visokotemperaturna metoda trdne faze za pripravo prahu YAG ima veliko aplikacij. Na primer, njegova velikost vezi Al-O je majhna in energija vezi je visoka. Pod vplivom elektronov ostane optična zmogljivost stabilna, uvedba redkih zemeljskih elementov pa lahko znatno izboljša luminiscenčno zmogljivost fosforja. In YAG lahko postane fosfor z dopiranjem s trivalentnimi ioni redkih zemelj, kot sta Ce3+ in Eu3+. Poleg tega ima kristal YAG dobro preglednost, zelo stabilne fizikalne in kemijske lastnosti, visoko mehansko trdnost in dobro toplotno odpornost proti lezenju. Je laserski kristalni material s široko paleto uporabe in idealnim delovanjem.

YAG kristal 04 transparentna keramika itrijev oksid je bil vedno v središču raziskav na področju prozorne keramike. Spada v kubični kristalni sistem in ima izotropne optične lastnosti vsake osi. V primerjavi z anizotropijo prozornega aluminijevega oksida je slika manj popačena, zato so jo postopoma cenjene in razvile vrhunske leče ali vojaška optična okna. Glavne značilnosti njegovih fizikalnih in kemijskih lastnosti so: ①Visoko tališče, kemična in fotokemična stabilnost je dobra, razpon optične preglednosti pa širok (0,23 ~ 8,0 μm); ②Pri 1050 nm je njegov lomni količnik kar 1,89, zaradi česar ima teoretično prepustnost več kot 80 %; ③Y2O3 ima dovolj za prilagoditev večini. Pasovno vrzel od širšega prevodnega pasu do valenčnega pasu ravni emisij trivalentnih ionov redkih zemelj je mogoče učinkovito prilagoditi z dopiranjem ionov redkih zemelj. Da bi uresničili večfunkcionalnost njegove uporabe ; ④ Energija fononov je nizka, njegova največja mejna frekvenca fononov pa je približno 550 cm-1. Nizka fononska energija lahko zmanjša verjetnost prehoda brez sevanja, poveča verjetnost prehoda sevanja in izboljša kvantno učinkovitost luminiscence; ⑤Visoka toplotna prevodnost, približno 13,6 W/(m·K), visoka toplotna prevodnost je izjemno

pomemben zanj kot trden laserski medij.

Prozorna keramika iz itrijevega oksida, ki jo je razvilo japonsko podjetje Kamishima Chemical Company

Tališče Y2O3 je približno 2690 ℃, temperatura sintranja pri sobni temperaturi pa približno 1700 ~ 1800 ℃. Za izdelavo keramike, ki prepušča svetlobo, je najbolje uporabiti vroče stiskanje in sintranje. Zaradi svojih odličnih fizikalnih in kemijskih lastnosti se transparentna keramika Y2O3 pogosto uporablja in potencialno razvija, vključno z: infrardečimi okni in kupolami za izstrelke, vidnimi in infrardečimi lečami, visokotlačnimi plinskimi žarnicami, keramičnimi scintilatorji, keramičnimi laserji in drugimi področji.