สารประกอบหายากของโลกที่สำคัญ: ผงอิตเทรียมออกไซด์มีประโยชน์อย่างไร?

สารประกอบหายากของโลกที่สำคัญ: ผงอิตเทรียมออกไซด์มีประโยชน์อย่างไร?

Rare Earth เป็นทรัพยากรเชิงกลยุทธ์ที่สำคัญอย่างยิ่ง และมีบทบาทที่ไม่อาจทดแทนได้ในการผลิตภาคอุตสาหกรรม กระจกรถยนต์ การสะท้อนด้วยคลื่นแม่เหล็กนิวเคลียร์ ใยแก้วนำแสง จอแสดงผลคริสตัลเหลว ฯลฯ ไม่สามารถแยกออกจากการเพิ่มของธาตุหายากได้ ในหมู่พวกเขา อิตเทรียม (Y) เป็นหนึ่งในองค์ประกอบโลหะธาตุหายากและเป็นโลหะสีเทาชนิดหนึ่ง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีเนื้อหาอยู่ในเปลือกโลกสูง ราคาจึงค่อนข้างถูกและมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย ในการผลิตทางสังคมในปัจจุบัน ส่วนใหญ่จะใช้ในสถานะของโลหะผสมอิตเทรียมและอิตเทรียมออกไซด์

อิตเทรียมเมทัล
ในหมู่พวกเขาอิตเทรียมออกไซด์ (Y2O3) เป็นสารประกอบอิตเทรียมที่สำคัญที่สุด ไม่ละลายในน้ำและด่าง ละลายได้ในกรด และมีลักษณะเป็นผงผลึกสีขาว (โครงสร้างผลึกอยู่ในระบบลูกบาศก์) มีความคงตัวทางเคมีที่ดีมากและอยู่ภายใต้สุญญากาศ ความผันผวนต่ำ ทนความร้อนสูง ทนต่อการกัดกร่อน อิเล็กทริกสูง ความโปร่งใส (อินฟราเรด) และข้อดีอื่น ๆ ดังนั้นจึงถูกนำไปใช้ในหลายสาขา เฉพาะเจาะจงมีอะไรบ้าง มาดูกันดีกว่า

โครงสร้างผลึกของอิตเทรียมออกไซด์

01 การสังเคราะห์ผงเซอร์โคเนียที่ทำให้เสถียรอิตเทรียม การเปลี่ยนแปลงเฟสต่อไปนี้จะเกิดขึ้นในระหว่างการทำให้ ZrO2 บริสุทธิ์เย็นลงจากอุณหภูมิสูงไปจนถึงอุณหภูมิห้อง: เฟสลูกบาศก์ (c) → เฟสเตตราโกนัล (t) → เฟสโมโนคลินิก (m) โดยที่ t จะเกิดขึ้นที่ 1150°C → m การเปลี่ยนเฟส พร้อมกับการขยายตัวของปริมาณประมาณ 5% อย่างไรก็ตาม หากจุดเปลี่ยนเฟส t→m ของ ZrO2 ถูกทำให้เสถียรที่อุณหภูมิห้อง การเปลี่ยนเฟส t→m จะเกิดขึ้นจากความเครียดระหว่างการโหลด เนื่องจากผลกระทบด้านปริมาตรที่เกิดจากการเปลี่ยนเฟส พลังงานการแตกหักจำนวนมากจึงถูกดูดซับไว้ เพื่อให้วัสดุแสดงพลังงานการแตกหักสูงผิดปกติ เพื่อให้วัสดุมีความเหนียวในการแตกหักสูงผิดปกติ ส่งผลให้เกิดความเหนียวในการเปลี่ยนเฟส และความเหนียวสูงและความต้านทานการสึกหรอสูง เพศ.

เพื่อให้เกิดการแข็งตัวของเซรามิกเซอร์โคเนียโดยการเปลี่ยนเฟส จะต้องเติมสารเพิ่มความเสถียรและภายใต้เงื่อนไขการเผาบางอย่าง การปรับเสถียรเมตาดาต้าเฟส tetragonal ที่เสถียรที่อุณหภูมิสูงให้เป็นอุณหภูมิห้อง จะได้เฟส tetragonal ที่สามารถเปลี่ยนเฟสได้ที่อุณหภูมิห้อง . มันเป็นผลการรักษาเสถียรภาพของสารเพิ่มความคงตัวต่อเซอร์โคเนีย Y2O3 เป็นสารกันโคลงเซอร์โคเนียมออกไซด์ที่ได้รับการวิจัยมากที่สุดจนถึงตอนนี้ วัสดุ Y-TZP เผาผนึกมีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีเยี่ยมที่อุณหภูมิห้อง มีความแข็งแรงสูง มีความเหนียวแตกหักได้ดี และขนาดเกรนของวัสดุในกลุ่มมีขนาดเล็กและสม่ำเสมอ ดังนั้นจึงมี ได้รับความสนใจมากขึ้น 02 ตัวช่วยในการเผา การเผาเซรามิกชนิดพิเศษหลายชนิดจำเป็นต้องอาศัยตัวช่วยในการเผา โดยทั่วไปบทบาทของตัวช่วยในการเผาผนึกสามารถแบ่งออกเป็นส่วนต่างๆ ดังต่อไปนี้ การสร้างสารละลายที่เป็นของแข็งด้วยการเผาผนึก ป้องกันการเปลี่ยนแปลงรูปแบบคริสตัล ยับยั้งการเจริญเติบโตของเม็ดคริสตัล ทำให้เกิดเฟสของเหลว ตัวอย่างเช่น ในการเผาอลูมินา แมกนีเซียมออกไซด์ MgO มักถูกเติมเป็นตัวทำให้คงตัวของโครงสร้างจุลภาคในระหว่างกระบวนการเผาผนึก สามารถปรับเมล็ดธัญพืช ลดความแตกต่างในพลังงานขอบเขตของเมล็ดพืชได้อย่างมาก ลดการเจริญเติบโตของเมล็ดพืชแบบแอนไอโซโทรปี และยับยั้งการเจริญเติบโตของเมล็ดพืชที่ไม่ต่อเนื่อง เนื่องจาก MgO มีความผันผวนสูงที่อุณหภูมิสูง เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดี อิตเทรียมออกไซด์จึงมักผสมกับ MgO Y2O3 สามารถปรับเกรนของผลึกและส่งเสริมความหนาแน่นของการเผาผนึก 03YAG ผงโกเมนอิตเทรียมอลูมิเนียมสังเคราะห์ (Y3Al5O12) เป็นสารประกอบที่มนุษย์สร้างขึ้น ไม่มีแร่ธาตุธรรมชาติ ไม่มีสี ความแข็ง Mohs สามารถเข้าถึง 8.5 จุดหลอมเหลว 1950 ℃ ไม่ละลายในกรดซัลฟิวริก กรดไฮโดรคลอริก กรดไนตริก กรดไฮโดรฟลูออริก ฯลฯ วิธีเฟสของแข็งที่อุณหภูมิสูงเป็นวิธีการดั้งเดิมในการเตรียมผง YAG ตามอัตราส่วนที่ได้รับในไบนารี แผนภาพเฟสของอิตเทรียมออกไซด์และอะลูมิเนียมออกไซด์ ผงทั้งสองถูกผสมและเผาที่อุณหภูมิสูง และผง YAG เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาโซลิดเฟสระหว่างออกไซด์ ภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูง ในปฏิกิริยาของอลูมินาและอิตเทรียมออกไซด์ จะมีโซเฟส YAM และ YAP เกิดขึ้นก่อน และสุดท้าย YAG จะถูกสร้างขึ้น

วิธีโซลิดเฟสอุณหภูมิสูงในการเตรียมผง YAG มีการใช้งานหลายอย่าง ตัวอย่างเช่น พันธะ Al-O มีขนาดเล็กและมีพลังงานพันธะสูง ภายใต้ผลกระทบของอิเล็กตรอน สมรรถนะทางแสงจะคงที่ และการนำองค์ประกอบของธาตุหายากสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการเรืองแสงของฟอสเฟอร์ได้อย่างมีนัยสำคัญ และ YAG ก็สามารถกลายเป็นฟอสเฟอร์ได้โดยการเติมด้วยไอออนของธาตุหายากเช่น Ce3+ และ Eu3+ นอกจากนี้ คริสตัล YAG ยังมีความโปร่งใสที่ดี คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่มีความเสถียรสูง มีความแข็งแรงเชิงกลสูง และต้านทานการคืบคลานจากความร้อนได้ดี เป็นวัสดุคริสตัลเลเซอร์ที่มีการใช้งานที่หลากหลายและประสิทธิภาพในอุดมคติ

YAG คริสตัล 04 เซรามิกโปร่งใสอิตเทรียมออกไซด์เป็นจุดสนใจในการวิจัยในด้านเซรามิกโปร่งใสมาโดยตลอด มันเป็นของระบบลูกบาศก์คริสตัลและมีคุณสมบัติทางแสงไอโซโทรปิกของแต่ละแกน เมื่อเปรียบเทียบกับแอนไอโซโทรปีของอลูมินาโปร่งใส ภาพจะมีความบิดเบี้ยวน้อยกว่า ดังนั้น จึงค่อยๆ ได้รับการประเมินค่าและพัฒนาโดยเลนส์ระดับไฮเอนด์หรือหน้าต่างเลนส์ทางการทหาร ลักษณะสำคัญของคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีคือ ①จุดหลอมเหลวสูง ความเสถียรทางเคมีและโฟโตเคมีเป็นสิ่งที่ดี และช่วงความโปร่งใสของแสงกว้าง (0.23~8.0μm); 2.ที่ 1,050 นาโนเมตร ดัชนีการหักเหของแสงจะสูงถึง 1.89 ซึ่งทำให้มีการส่งผ่านทางทฤษฎีมากกว่า 80% 3Y2O3 มีเพียงพอที่จะรองรับได้มากที่สุด ช่องว่างของแถบตั้งแต่แถบการนำไฟฟ้าขนาดใหญ่ไปจนถึงแถบวาเลนซ์ของระดับการปล่อยไอออนของธาตุหายากชนิดไตรวาเลนท์สามารถปรับแต่งได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยการเติมไอออนของธาตุหายาก ดังนั้นเพื่อให้ตระหนักถึงการใช้งานที่หลากหลายของการใช้งาน ; ④พลังงานของโฟนันต่ำ และความถี่ในการตัดโฟนันสูงสุดคือประมาณ 550cm-1 พลังงานโฟนอนต่ำสามารถระงับความน่าจะเป็นของการเปลี่ยนแปลงที่ไม่ใช่รังสี เพิ่มความน่าจะเป็นของการเปลี่ยนผ่านของรังสี และปรับปรุงประสิทธิภาพควอนตัมเรืองแสง ⑤ค่าการนำความร้อนสูง ประมาณ 13.6W/(m·K) ค่าการนำความร้อนสูงเป็นอย่างมาก

สิ่งสำคัญสำหรับมันเป็นวัสดุสื่อเลเซอร์ที่เป็นของแข็ง

เซรามิกใสอิตเทรียมออกไซด์ พัฒนาโดยบริษัทคามิชิมะ เคมิคอล ของญี่ปุ่น

จุดหลอมเหลวของ Y2O3 อยู่ที่ประมาณ 2,690 ℃ และอุณหภูมิการเผาผนึกที่อุณหภูมิห้องอยู่ที่ประมาณ 1,700 ~ 1,800 ℃ ในการผลิตเซรามิกที่ส่งผ่านแสง ควรใช้การอัดและการเผาแบบร้อน เนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่ดีเยี่ยม เซรามิกโปร่งใส Y2O3 จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายและมีศักยภาพในการพัฒนา รวมถึง: หน้าต่างและโดมอินฟราเรดแบบมิสไซล์ เลนส์ที่มองเห็นได้และอินฟราเรด โคมไฟปล่อยก๊าซแรงดันสูง เซรามิกเรืองแสงวาบ เลเซอร์เซรามิก และสาขาอื่นๆ