Важливі рідкоземельні сполуки: для чого використовується порошок оксиду ітрію?

Важливі рідкоземельні сполуки: для чого використовується порошок оксиду ітрію?

Рідкоземельні землі є надзвичайно важливим стратегічним ресурсом, і вони відіграють незамінну роль у промисловому виробництві. Автомобільне скло, ядерний магнітний резонанс, оптичне волокно, рідкокристалічний дисплей тощо невіддільні від додавання рідкоземельних елементів. Серед них ітрій (Y) є одним із рідкоземельних металевих елементів і є різновидом сірого металу. Однак через високий вміст у земній корі ціна є відносно дешевою, і вона широко використовується. У поточному суспільному виробництві вона в основному використовується у стані сплаву ітрію та оксиду ітрію.

Метал Ітрій
Серед них оксид ітрію (Y2O3) є найважливішою сполукою ітрію. Він нерозчинний у воді і лугу, розчинний у кислоті, має вигляд білого кристалічного порошку (кристалічна структура належить до кубічної системи). Він має дуже хорошу хімічну стабільність і знаходиться під вакуумом. Низька летючість, висока термостійкість, стійкість до корозії, висока діелектрика, прозорість (інфрачервоне) та інші переваги, тому його застосовують у багатьох галузях. Які конкретно? Давайте подивимося.

Кристалічна структура оксиду ітрію

01 Синтез порошку діоксиду цирконію, стабілізованого ітрієм. Під час охолодження чистого ZrO2 від високої до кімнатної температури відбуватимуться наступні фазові зміни: кубічна фаза (c) → тетрагональна фаза (t) → моноклінна фаза (m), де t відбуватиметься при 1150°C → m зміна фази, супроводжується збільшенням обсягу приблизно на 5%. Однак, якщо точка фазового переходу t→m ZrO2 стабілізується до кімнатної температури, фазовий перехід t→m викликається напругою під час навантаження. Завдяки ефекту об’єму, що виникає внаслідок зміни фази, поглинається велика кількість енергії руйнування , так що матеріал демонструє аномально високу енергію руйнування, так що матеріал демонструє аномально високу в’язкість руйнування, що призводить до фазової в’язкості та високої міцність і висока зносостійкість. секс.

Щоб досягти фазового зміцнення цирконієвої кераміки, необхідно додати певний стабілізатор, і за певних умов випалу високотемпературна стабільна тетрагональна метастабілізація фази до кімнатної температури дає тетрагональну фазу, яка може фазово трансформуватися при кімнатній температурі. . Це стабілізуюча дія стабілізаторів на діоксид цирконію. Y2O3 є найбільш дослідженим стабілізатором оксиду цирконію. Спечений матеріал Y-TZP має відмінні механічні властивості при кімнатній температурі, високу міцність, хорошу в’язкість до руйнування, а розмір зерна матеріалу в його колективі невеликий і однорідний, тому він має привернули більше уваги. 02 Допоміжні речовини для спікання Спікання багатьох спеціальних керамічних виробів вимагає участі допоміжних речовин для спікання. Роль допоміжних засобів спікання можна загалом розділити на такі частини: утворення твердого розчину з агломератом; запобігання трансформації кристалічної форми; пригнічують ріст кристалічних зерен; утворюють рідку фазу. Наприклад, під час спікання оксиду алюмінію оксид магнію MgO часто додають як стабілізатор мікроструктури під час процесу спікання. Він може подрібнити зерна, значно зменшити різницю в енергії межі зерна, послабити анізотропію росту зерна та гальмувати переривчастий ріст зерна. Оскільки MgO дуже летючий при високих температурах, щоб досягти хороших результатів, оксид ітрію часто змішують з MgO. Y2O3 може покращити кристалічні зерна та сприяти ущільненню спікання. Порошок 03YAG синтетичний ітрій-алюмінієвий гранат (Y3Al5O12) - це штучна сполука, без природних мінералів, безбарвна, твердість за Моосом може досягати 8,5, температура плавлення 1950 ℃, нерозчинна в сірчаній кислоті, соляній кислоті, азотній кислоті, плавиковій кислоті тощо. Високотемпературний твердофазний метод є традиційним методом отримання YAG порошок. Відповідно до співвідношення, отриманого на бінарній фазовій діаграмі оксиду ітрію та оксиду алюмінію, два порошки змішують і обпалюють при високій температурі, і порошок YAG утворюється через твердофазну реакцію між оксидами. В умовах високої температури в реакції оксиду алюмінію та оксиду ітрію спочатку утворюються мезофази YAM і YAP, а нарешті утворюється YAG.

Високотемпературний твердофазний метод приготування порошку YAG має багато застосувань. Наприклад, розмір його зв’язку Al-O невеликий, а енергія зв’язку висока. Під впливом електронів оптичні характеристики зберігаються стабільними, а введення рідкоземельних елементів може значно покращити характеристики люмінесценції люмінофора. А YAG може стати люмінофором шляхом легування тривалентними рідкоземельними іонами, такими як Ce3+ і Eu3+. Крім того, кристал YAG має хорошу прозорість, дуже стабільні фізичні та хімічні властивості, високу механічну міцність і гарний опір термічній повзучості. Це лазерний кристалічний матеріал із широким спектром застосування та ідеальною продуктивністю.

Кристал YAG 04 прозорий керамічний оксид ітрію завжди був центром досліджень у галузі прозорої кераміки. Він належить до кубічної кристалічної системи та має ізотропні оптичні властивості кожної осі. Порівняно з анізотропією прозорого оксиду алюмінію, зображення менш спотворене, тому поступово його цінували та розробляли високоякісні лінзи або військові оптичні вікна. Основними характеристиками його фізичних і хімічних властивостей є: ①Висока температура плавлення, хороша хімічна та фотохімічна стабільність, а діапазон оптичної прозорості широкий (0,23~8,0 мкм); ②При 1050 нм його показник заломлення становить 1,89, що робить його теоретичний коефіцієнт пропускання понад 80%; ③Y2O3 має достатню кількість, щоб задовольнити більшість забороненої зони від більшої зони провідності до валентної зони рівня випромінювання тривалентних рідкоземельних іонів можна ефективно адаптувати за допомогою допування рідкоземельних іонів. Таким чином, щоб реалізувати багатофункціональність його застосування ; ④Енергія фононів низька, а максимальна гранична частота фононів становить близько 550 см-1. Низька фононна енергія може зменшити ймовірність безвипромінювального переходу, збільшити ймовірність радіаційного переходу та покращити квантову ефективність люмінесценції; ⑤Висока теплопровідність, близько 13,6 Вт/(м·K), висока теплопровідність надзвичайно

важливий для нього як твердий матеріал лазерного середовища.

Прозора кераміка з оксиду ітрію, розроблена японською хімічною компанією Kamishima

Температура плавлення Y2O3 становить близько 2690 ℃, а температура спікання при кімнатній температурі становить близько 1700 ~ 1800 ℃. Для виготовлення світлопроникної кераміки найкраще використовувати гаряче пресування та спікання. Завдяки чудовим фізичним і хімічним властивостям прозора кераміка Y2O3 широко використовується і потенційно розробляється, включаючи: інфрачервоні вікна та куполи для ракет, видимі та інфрачервоні лінзи, газорозрядні лампи високого тиску, керамічні сцинтилятори, керамічні лазери та інші галузі.