Kakšen je vpliv oksidov redkih zemelj v keramičnih prevlekah?

Keramika, kovinski materiali in polimerni materiali so navedeni kot trije glavni trdni materiali. Keramika ima številne odlične lastnosti, kot so odpornost na visoke temperature, odpornost proti koroziji, odpornost proti obrabi itd., Ker je način atomske vezi keramike ionska vez, kovalentna vez ali mešana ionsko-kovalentna vez z visoko energijo vezi. Keramična prevleka lahko spremeni videz, strukturo in delovanje zunanje površine podlage, kompozit prevleke in podlage je priljubljen zaradi svoje nove zmogljivosti. Lahko organsko združuje prvotne značilnosti substrata z značilnostmi visoke temperaturne odpornosti, visoke odpornosti proti obrabi in visoke odpornosti proti koroziji keramičnih materialov ter v celoti izkoristi obsežne prednosti obeh vrst materialov, zato se pogosto uporablja v letalstvu , letalstvo, nacionalna obramba, kemična industrija in druge industrije.

Redke zemlje imenujejo "zakladnica" novih materialov zaradi svoje edinstvene 4f elektronske strukture ter fizikalnih in kemijskih lastnosti. Vendar se čiste redke zemeljske kovine redko uporabljajo neposredno v raziskavah, večinoma pa se uporabljajo spojine redkih zemelj. Najpogostejše spojine so CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS in ferosilicij redkih zemelj. Te spojine redkih zemelj lahko izboljšajo strukturo in lastnosti keramičnih materialov in keramičnih premazov.

I. Uporaba oksidov redkih zemelj v keramičnih materialih

Dodajanje elementov redkih zemelj kot stabilizatorjev in pripomočkov za sintranje različnim keramikam lahko zmanjša temperaturo sintranja, izboljša trdnost in žilavost nekaterih strukturnih keramik in tako zmanjša stroške proizvodnje. Hkrati imajo redki zemeljski elementi tudi zelo pomembno vlogo v polprevodniških plinskih senzorjih, mikrovalovnih medijih, piezoelektrični keramiki in drugi funkcionalni keramiki. Raziskava je pokazala, da je skupno dodajanje dveh ali več oksidov redkih zemelj keramiki iz aluminijevega oksida boljše kot dodajanje enega samega oksida redkih zemelj keramiki iz aluminijevega oksida. Po optimizacijskem testu ima Y2O3+CeO2 najboljši učinek. Ko dodamo 0,2 % Y2O3 + 0,2 % CeO2 pri 1490 ℃, lahko relativna gostota sintranih vzorcev doseže 96,2 %, kar presega gostoto vzorcev s katerim koli oksidom redkih zemelj Y2O3 ali CeO2 samim.

Učinek La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 pri spodbujanju sintranja je boljši od učinka dodajanja samo La2O3, odpornost proti obrabi pa je očitno izboljšana. Prav tako kaže, da mešanje dveh oksidov redkih zemelj ni preprosto dodajanje, ampak med njima obstaja interakcija, ki je bolj koristna za sintranje in izboljšanje učinkovitosti keramike iz aluminijevega oksida, vendar je treba načelo še preučiti.

Poleg tega je bilo ugotovljeno, da lahko dodajanje mešanih oksidov redkih zemeljskih kovin kot pomožnih sredstev za sintranje izboljša migracijo materialov, spodbuja sintranje MgO keramike in izboljša gostoto. Ko pa je vsebnost mešanega kovinskega oksida večja od 15 %, se relativna gostota zmanjša in odprta poroznost poveča.

Drugič, vpliv oksidov redkih zemelj na lastnosti keramičnih prevlek

Obstoječe raziskave kažejo, da lahko elementi redkih zemelj izboljšajo velikost zrn, povečajo gostoto, izboljšajo mikrostrukturo in očistijo vmesnik. Ima edinstveno vlogo pri izboljšanju trdnosti, žilavosti, trdote, odpornosti proti obrabi in odpornosti proti koroziji keramičnih premazov, kar do določene mere izboljša učinkovitost keramičnih premazov in razširi obseg uporabe keramičnih premazov.

1

Izboljšanje mehanskih lastnosti keramičnih prevlek z oksidi redkih zemelj

Oksidi redkih zemelj lahko bistveno izboljšajo trdoto, upogibno trdnost in natezno trdnost lepljenja keramičnih prevlek. Eksperimentalni rezultati kažejo, da je mogoče natezno trdnost prevleke učinkovito izboljšati z uporabo Lao _ 2 kot dodatka v materialu Al2O3 + 3% TiO _ 2, natezna trdnost vezi pa lahko doseže 27,36 MPa, ko je količina Lao _ 2 6,0 %. Če dodamo CeO2 z masnim deležem 3,0 % in 6,0 % v material Cr2O3, je natezna vezna trdnost prevleke med 18 ~ 25 MPa, kar je več od prvotnih 12 ~ 16 MPa. Vendar, ko je vsebnost CeO2 9,0 %, natezna trdnost trdnost vezi se zmanjša na 12~15MPa.

2

Izboljšanje odpornosti keramične prevleke na toplotni udar z redko zemljo

Preskus odpornosti proti toplotnim udarcem je pomemben preskus za kvalitativno odražanje trdnosti vezi med prevleko in podlago ter ujemanje koeficienta toplotne razteznosti med prevleko in podlago. Neposredno odraža zmožnost prevleke, da se upre luščenju, ko se temperatura med uporabo izmenično spreminja, odraža pa tudi zmožnost prevleke, da se upre mehanskim udarcem, in sposobnost lepljenja s podlago s strani. Zato je tudi ključni dejavnik za presojo kakovost keramične prevleke.

Raziskave kažejo, da lahko dodatek 3,0 % CeO2 zmanjša poroznost in velikost por v prevleki ter zmanjša koncentracijo napetosti na robu por, s čimer se izboljša odpornost prevleke Cr2O3 na toplotne udarce. Vendar se je poroznost keramične prevleke Al2O3 zmanjšala, trdnost lepljenja in življenjska doba prevleke zaradi toplotnega šoka pa sta se po dodajanju LaO2 očitno povečala. Ko je dodana količina LaO2 6 % (masni delež), je odpornost prevleke na toplotni udar najboljša in življenjska doba odpovedi zaradi toplotnega šoka lahko doseže 218-krat, medtem ko je življenjska doba odpovedi pri toplotnem šoku prevleke brez LaO2 le 163 krat.

3

Oksidi redkih zemelj vplivajo na odpornost premazov proti obrabi

Oksidi redkih zemelj, ki se uporabljajo za izboljšanje odpornosti proti obrabi keramičnih prevlek, so večinoma CeO2 in La2O3. Njihova šesterokotna večplastna struktura lahko kaže dobro funkcijo mazanja in ohranja stabilne kemične lastnosti pri visoki temperaturi, kar lahko učinkovito izboljša odpornost proti obrabi in zmanjša koeficient trenja.

Raziskave kažejo, da je koeficient trenja prevleke z ustrezno količino CeO2 majhen in stabilen. Poročali so, da lahko dodajanje La2O3 plazemsko razpršeni kermetni prevleki na osnovi niklja očitno zmanjša obrabo zaradi trenja in koeficient trenja prevleke, koeficient trenja pa je stabilen z majhnimi nihanji. Obrabna površina oplaščenega sloja brez redkih zemelj kaže resen oprijem in krhke zlome ter lomljenje, vendar premaz, ki vsebuje redke zemlje, kaže šibek oprijem na obrabljeni površini in ni znakov velikega krhkega lomljenja. Mikrostruktura prevleke, dopirane z redkimi zemljami, je gostejša in bolj kompaktna, pore pa so zmanjšane, kar zmanjša povprečno silo trenja, ki jo nosijo mikroskopski delci, ter zmanjša trenje in obrabo. Dopiranje redkih zemelj lahko tudi poveča razdaljo med kristalno ravnino kermetov, vodi na spremembo interakcijske sile med obema kristalnima ploskvama in zmanjša koeficient trenja.

Povzetek:

Čeprav so oksidi redkih zemelj dosegli velike dosežke pri uporabi keramičnih materialov in premazov, ki lahko učinkovito izboljšajo mikrostrukturo in mehanske lastnosti keramičnih materialov in premazov, je še vedno veliko neznanih lastnosti, zlasti pri zmanjševanju trenja in obrabe. Kako narediti trdnost in odpornost proti obrabi materialov v sodelovanju z njihovimi mazalnimi lastnostmi je postala pomembna usmeritev, vredna razprave na področju tribologije.

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