Các yếu tố đất hiếmlà một thuật ngữ chung cho 17 yếu tố kim loại, bao gồm 15 yếu tố lanthanide vàscandiumVàyttri. Kể từ cuối thế kỷ 18, chúng đã được sử dụng rộng rãi trong luyện kim, gốm sứ, thủy tinh, hóa dầu, in ấn và nhuộm, nông nghiệp và lâm nghiệp và các ngành công nghiệp khác. Việc áp dụng các yếu tố đất hiếm trong ngành công nghiệp gốm của đất nước tôi bắt đầu vào những năm 1930. Trong những năm 1970, tổng số lượngTrái đất hiếmĐược sử dụng trong vật liệu gốm đạt 70t/năm, chiếm khoảng 2% đến 3% tổng sản lượng trong nước. Hiện tại, đất hiếm chủ yếu được sử dụng trong gốm sứ cấu trúc, gốm sứ chức năng, men gốm và các trường khác. Với sự phát triển liên tục và áp dụng các vật liệu đất hiếm mới, đất hiếm được sử dụng làm chất phụ gia, chất ổn định và hỗ trợ thiêu kết trong các vật liệu gốm khác nhau, giúp cải thiện đáng kể hiệu suất của chúng, giảm chi phí sản xuất và làm cho ứng dụng công nghiệp của chúng trở nên khả thi.
Áp dụng các yếu tố đất hiếm trong gốm kết cấu
■ Ứng dụng trongAL2O3Gốm sứ AL2O3 là đồ gốm cấu trúc được sử dụng rộng rãi nhất do cường độ cao, điện trở nhiệt độ cao, cách nhiệt tốt, kháng mòn, kháng ăn mòn và tính chất cơ điện tốt. Thêm các oxit đất hiếm nhưY2O3, La2o3, SM2O3, vv có thể cải thiện các đặc tính làm ướt của vật liệu composite Al2O3, làm giảm điểm nóng chảy của vật liệu gốm; Giảm độ xốp của vật liệu và tăng mật độ; cản trở sự di chuyển của các ion khác, làm giảm tốc độ di chuyển của ranh giới hạt, ức chế sự phát triển của hạt và tạo điều kiện cho sự hình thành các cấu trúc dày đặc; Cải thiện sức mạnh của pha thủy tinh, do đó đạt được mục đích cải thiện các tính chất cơ học của gốm AL2O3.
■ Ứng dụng trongSi3n4Gốm sứ gốm sứ có tính chất cơ học tuyệt vời, tính chất nhiệt và độ ổn định hóa học, và là vật liệu hứa hẹn nhất cho gốm kết cấu nhiệt độ cao. Vì SI3N4 là một hợp chất liên kết cộng hóa trị mạnh, Si3N4 tinh khiết không thể được dày đặc bằng thiêu kết pha rắn thông thường. Do đó, ngoài việc thiêu kết phản ứng nitrid hóa trực tiếp của bột SI, một lượng viện trợ thiêu kết nhất định phải được thêm vào để tạo ra một vật liệu dày đặc. Hiện tại, các hỗ trợ thiêu kết lý tưởng hơn để chuẩn bị gốm Si3N4 là các oxit đất hiếm nhưY2O3, ND2O3, VàLa2o3. Một mặt, các oxit đất hiếm này phản ứng với dấu vết SiO2 trên bề mặt bột Si3N4 ở nhiệt độ cao để tạo ra các pha thủy tinh nhiệt độ cao chứa nitơ, nhằm thúc đẩy sự thiêu kết của gốm SI3N4; Mặt khác, chúng tạo thành các ranh giới hạt thủy tinh Y-la-SI-ON với độ bền và độ nhớt cao, có cường độ uốn nhiệt độ cao cao và khả năng chống oxy hóa tốt, và dễ dàng kết tủa các hợp chất kết tinh có chứa Y và LA với các điểm nóng chảy cao trong điều kiện nhiệt độ cao, giúp cải thiện độ bền cao của nhiệt độ cao của vật liệu.
■ Ứng dụng trongZRO2Gốm sứ gốm ZRO2 có mật độ cao, điểm nóng chảy và độ cứng cao, đặc biệt là độ bền uốn cao và độ bền gãy, là cao nhất trong số tất cả các loại gốm. Do sự biến đổi tinh thể của ZRO2 đi kèm với sự thay đổi khối lượng rõ ràng, phạm vi sử dụng trực tiếp bị hạn chế. Với sự sâu sắc của công việc nghiên cứu, người ta thấy rằng việc bổ sung các oxit đất hiếm có tác dụng ức chế và ổn định tốt hơn đối với sự thay đổi pha của ZRO2. Các oxit đất hiếm được sử dụng chủ yếu làY2O3ThìND2O3và CE2O3. Bán kính ion của chúng về cơ bản gần với ZR4+và chúng có thể tạo thành các giải pháp rắn thay thế đơn dòng, tứ giác và khối với ZRO2. Loại vật liệu gốm ZRO2 này có các chỉ số hiệu suất kỹ thuật tốt. Ví dụ,CEO2Có thể tạo thành một vùng pha của dung dịch rắn zirconia tetragonia trong một phạm vi rộng với ZRO2, đây là một vật liệu điện phân rắn tốt. ZRO2 ổn định Y2O3 (YSZ) là một vật liệu ion oxy tuyệt vời, được sử dụng rộng rãi trong các tế bào nhiên liệu oxit rắn (SOFC), cảm biến oxy và lò phản ứng màng oxy hóa một phần metan.
■ Ứng dụng trongSicGốm sứCarbide siliconGốm sứ có khả năng chống nhiệt độ cao, sốc nhiệt, ăn mòn, hao mòn, độ dẫn nhiệt tốt và trọng lượng nhẹ và thường được sử dụng gốm kết cấu nhiệt độ cao. Các đặc điểm liên kết cộng hóa trị mạnh mẽ củaSicXác định rằng rất khó để đạt được mật độ thiêu kết trong điều kiện bình thường. Nó thường là cần thiết để thêm các thiết bị hỗ trợ thiêu kết hoặc sử dụng các quá trình thiêu kết ép nóng và nóng áp. Quá trình sản xuất là phức tạp và chi phí cao. Viện trợ thiêu kết hiệu quả nhất cho thiêu kết không áp lực của SIC là AL2O3-Y2O3; Vật liệu composite gốm SIC-YAG với Y3AL5O12 (viết tắt là YAG) vì hỗ trợ thiêu kết chính có thể đạt được sự thiêu kết mật độ ở nhiệt độ thấp hơn, vì vậy chúng được coi là một trong những hệ thống gốm cacbua silicon hứa hẹn nhất.
■ Ứng dụng trongAlnGốm sứAlnlà một hợp chất liên kết cộng hóa trị với điểm nóng chảy cao, độ dẫn nhiệt cao, hằng số điện môi thấp và khả năng chống ăn mòn của kim loại và hợp kim như sắt và nhôm. Nó có điện trở nhiệt độ cao tuyệt vời trong khí quyển đặc biệt và là một chất nền và bao bì mạch tích hợp quy mô lớn lý tưởng. Vì ALN là một liên kết cộng hóa trị, nên việc thiêu kết rất khó khăn và một hỗ trợ thiêu kết duy nhất chỉ có thể làm giảm nhiệt độ thiêu kết ở một mức độ hạn chế, do đó hỗ trợ composite (oxit kim loại đất hiếm và oxit kim loại kiềm) thường được sử dụng làm hỗ trợ thiêu kết để tạo thành một pha lỏng để thúc đẩy tội phạm. Ngoài ra, AIDS thiêu kết cũng có thể phản ứng với các tạp chất oxy trongAln, giảm các vị trí trống nhôm do hòa tan oxy một phần vào mạng ALN và cải thiện độ dẫn nhiệt củaAln.
■ Ứng dụng trong gốm sứ sialon Sialon gốm sứ là một loại gốm nitride đa tinh thể Si-no-alSi3n4Gốm sứ. Chúng được hình thành bằng cách thay thế một phần các nguyên tử Si và N trongSi3n4bởi các nguyên tử AL và các nguyên tử O trong AL2O3. Sức mạnh, độ bền và khả năng chống oxy hóa của chúng tốt hơn gốm Si3N4 và chúng đặc biệt phù hợp với các thành phần động cơ gốm và các sản phẩm gốm chống hao mòn khác. Vật liệu sialon không dễ thiêu kết. Sự ra đời của các oxit đất hiếm có lợi cho sự hình thành pha lỏng ở nhiệt độ thấp hơn, điều này thúc đẩy hiệu quả thiêu kết. Đồng thời, các cation đất hiếm có thể đi vào mạng của pha α-SI3N4, giảm hàm lượng của pha thủy tinh và tạo thành một pha ranh giới hạt, cải thiện nhiệt độ phòng và hiệu suất nhiệt độ cao của vật liệu. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc thêm 1%Y2O3Có thể tạo thành một pha thủy tinh nhiệt độ cao khi thiêu kết gốm sialon ở nhiệt độ cao, không chỉ thúc đẩy thiêu kết mà còn cải thiện độ bền gãy của nó. Ngoài ra, việc thêm một lượng nhỏ Y2O3 cũng cải thiện đáng kể khả năng chống oxy hóa của nó.
Áp dụng các yếu tố đất hiếm trong gốm sứ chức năng
Trái đất hiếmcó liên quan chặt chẽ đến gốm sứ chức năng. Thêm nhất địnhCác yếu tố đất hiếmĐối với các nguyên liệu thô của nhiều gốm sứ chức năng không chỉ có thể cải thiện sự thiêu kết, mật độ, sức mạnh, v.v. của gốm sứ, mà quan trọng hơn, nó có thể cải thiện đáng kể các hiệu ứng chức năng độc đáo của chúng.
1Vai trò trong gốm sứ siêu dẫn từ năm 1987, khi các nhà khoa học vật liệu từ Trung Quốc, Nhật Bản, Hoa Kỳ và các quốc gia khác phát hiện ra rằng gốm oxitoxit đồng yttri bari. Các nghiên cứu của Nhật Bản đã chỉ ra rằng sau khi thay thế y trong ybco bằngTrái đất hiếm(Ln) nhưNd, Sm, Eu, VàGd, cường độ từ trường quan trọng của vật liệu gốm siêu dẫn kết quả LNBCO được cải thiện đáng kể, và lực ghim từ thông cũng được tăng cường đáng kể, có giá trị thực tế tuyệt vời trong điện, lưu trữ năng lượng và vận chuyển. Đại học Bắc Kinh được sử dụngZRO2như một chất nền và làm nóng nó đến khoảng 200 ° C, và làm bay hơi y (hoặc khácTrái đất hiếm), BA oxit và Cu trên đế trong các lớp để xử lý khuếch tán và nhiệt đã xử lý chúng trong phạm vi nhiệt độ 800-900 ° C. Các gốm siêu dẫn kết quả cho thấy hệ số nhiệt độ điện trở kim loại tốt trên 100k. Đại học Kagoshima ở Nhật Bản nói thêmTrái đất hiếmCác oxit LA đến SR và NB để làm một bộ phim gốm, thể hiện tính siêu dẫn ở 255k.
2 Ứng dụng trong gốm áp điện dẫn titanate (PBTIO3) là một loại gốm áp điện điển hình với hiệu ứng khớp nối năng lượng năng lượng cơ học. Nó có nhiệt độ curie cao (490 ° C) và hằng số điện môi thấp, và phù hợp cho ứng dụng trong điều kiện nhiệt độ cao và tần số cao. Tuy nhiên, trong quá trình chuẩn bị và làm mát, các vết nứt vi mô dễ xảy ra do quá trình chuyển pha hình khối. Để giải quyết vấn đề này, Trái đất hiếm được sử dụng để sửa đổi nó. Sau khi thiêu kết ở 1150 ° C, có thể thu được gốm lại-PBTIO3 với mật độ tương đối 99%. Cấu trúc vi mô được cải thiện đáng kể và có thể được sử dụng để sản xuất các mảng đầu dò hoạt động trong điều kiện tần số cao là 75 MHz. Trong gốm áp điện titanate (PZT) chì với hệ số áp điện cao, bằng cách thêm các oxit đất hiếm nhưLa2o3, SM2O3, VàND2O3, các đặc tính thiêu kết của gốm PZT có thể được cải thiện đáng kể và có thể thu được các tính chất điện và áp điện ổn định. Ngoài ra, hiệu suất của gốm PZT có thể được cải thiện bằng cách thêm một lượng nhỏ oxit đất hiếmCEO2. Sau khi thêm CEO2, điện trở suất của gốm PZT tăng lên, có lợi cho việc thực hiện phân cực dưới nhiệt độ cao và điện trường cao trong quá trình, và khả năng chống lão hóa thời gian và lão hóa nhiệt độ cũng được cải thiện. Gốm PZT được sửa đổi bởiTrái đất hiếmđã được sử dụng rộng rãi trong các máy phát điện cao áp, máy phát siêu âm, đầu dò âm thanh dưới nước và các thiết bị khác.
3Ứng dụng trong gốm dẫn gốm dẫn gốm Yttri ổn định Zirconia (YSZ) vớioxit đất hiếm Y2O3Vì phụ gia có độ ổn định nhiệt và hóa học tốt ở nhiệt độ cao, là dây dẫn ion oxy tốt và có một vị trí nổi bật trong gốm dẫn điện ion. Các cảm biến gốm YSZ đã được sử dụng thành công để đo áp suất một phần oxy trong khí thải ô tô, kiểm soát hiệu quả tỷ lệ không khí/nhiên liệu và có tác dụng tiết kiệm năng lượng đáng kể. Chúng đã được sử dụng rộng rãi trong các nồi hơi công nghiệp, lò luyện lò luyện, lò đốt và các thiết bị dựa trên đốt cháy khác. Tuy nhiên, gốm YSZ chỉ cho thấy độ dẫn ion cao khi nhiệt độ cao hơn 900 ° C, do đó ứng dụng của chúng vẫn phải chịu một số hạn chế nhất định. Nghiên cứu hiện tại đã phát hiện ra rằng việc thêm một lượng Y2O3 thích hợp hoặcGD2O3 to BI2O3Gốm sứ có độ dẫn ion cao hơn có thể ổn định pha khối trung tâm BI2O3 thành nhiệt độ phòng. Đồng thời, các mẫu nhiễu xạ tia X cũng đã chỉ ra rằng (BI2O3) 0,75 · (Y2O3) 0,25 và (BI2O3) 0,65 · (GD2O3) 0,35 đều là cấu trúc khối trung tâm ổn định với độ dẫn ion oxy cao. Sau khi phủ lên mặt của gốm này với màng bảo vệ (ZRO2) 0,92 (Y2O3) 0,08, pin nhiên liệu và cảm biến oxy với độ dẫn ion cao và độ ổn định tốt có thể hoạt động trong điều kiện nhiệt độ trung bình (500 ~ 800) có thể được chuẩn bị và lắp ráp, điều này có lợi cho việc giải quyết công nghệ khó khăn.
4 Ứng dụng trong gốm sứ điện môi điện môi chủ yếu được sử dụng để tạo ra các tụ gốm và các thành phần điện môi vi sóng. Bằng gốm điện môi nhưTiO2, Mgtio3,Batio3và gốm sứ điện môi tổng hợp của chúng, thêmTrái đất hiếmchẳng hạn như LA, ND và DY có thể cải thiện đáng kể tính chất điện môi của chúng. Ví dụ, trong gốm batio3 với hằng số điện môi cao, thêm các hợp chất đất hiếm LA và ND với giá trị hằng số điện môi ε = 30 ~ 60 có thể giữ cho hằng số điện môi ổn định trong phạm vi nhiệt độ rộng và tuổi thọ của thiết bị được cải thiện đáng kể. Trong gốm điện môi cho các tụ điện bù nhiệt, đất hiếm cũng có thể được thêm một cách thích hợp khi cần thiết để cải thiện hoặc điều chỉnh hằng số điện môi, hệ số nhiệt độ và hệ số chất lượng của gốm sứ, do đó mở rộng phạm vi ứng dụng của nó. Gốm sứ magiê titanate tụ điện ổn định nhiệt được sửa đổi bằng LA2O3, và gốm MgO · TiO2-LA2O3-TiO2 thu được và gốm Catio3-MgTIO3-LA2TIO5 không chỉ duy trì các đặc tính ban đầu của tổn thất điện môi thấp và tính năng lượng của chúngkhông thay đổi.
5 Ứng dụng trong gốm sứ nhạy cảm gốm sứ nhạy cảm là một loại gốm chức năng quan trọng. Chúng được đặc trưng bởi sự nhạy cảm với một số điều kiện bên ngoài như điện áp, thành phần khí, nhiệt độ, độ ẩm, v.v. Do đó, chúng có thể theo dõi các mạch, quy trình vận hành hoặc môi trường thông qua phản ứng hoặc thay đổi các tham số hiệu suất điện liên quan của chúng. Chúng được sử dụng rộng rãi như các yếu tố cảm biến trong các mạch điều khiển, vì vậy chúng còn được gọi là gốm cảm biến. Có một mối quan hệ chặt chẽ giữa trái đất hiếm và hiệu suất của loại gốm sứ này.
(1) Gốm sứ điện tử: Bằng cách thêm oxit đất hiếmLa2o3đến PZT, gốm sứ điện lan truyền qua lanthanum zirconate (PLZT) có thể thu được. Vật liệu ma trận ban đầu PZT thường mờ đục do sự hiện diện của lỗ chân lông, các pha ranh giới hạt và dị hướng, trong khi việc bổ sung LA2O3 làm cho đồng nhất cấu trúc vi mô của nó, phần lớn loại bỏ lỗ chân lông, làm suy yếu sự phân tán. Do đó, PLZT có hiệu suất truyền ánh sáng tốt. PLZT được sử dụng rộng rãi trong kính bảo hộ để che chắn bức xạ nổ hạt nhân, cửa sổ máy bay ném bom hạng nặng, bộ điều biến truyền thông quang, thiết bị ghi hình ba chiều, v.v.
. Sau khi gốm sứ Varistor ZnO được pha tạp với oxit đất hiếmLa2o3, giá trị VLMA điện áp biến đổi của chúng tăng đáng kể; Khi lượng doping tăng từ 0,1% lên 10%, hệ số phi tuyến của α của gốm giảm từ 20 xuống 1 và về cơ bản không có tính chất biến đổi. Do đó, đối với gốm ZnO, doping nguyên tố hiếm tập trung thấp có thể làm tăng giá trị điện áp biến đổi của nó, nhưng ít ảnh hưởng đến hệ số phi tuyến; và doping tập trung cao không hiển thị các đặc điểm khác nhau.
.SNO2VàFe2o3, và đã sản xuất các vật liệu oxit composite đất hiếm ABO3 và A2BO4. Kết quả nghiên cứu cho thấy việc thêm các oxit đất hiếm vào ZnO có thể cải thiện đáng kể độ nhạy của nó đối với propylene; ThêmCEO2Đối với SNO2 có thể tạo ra một yếu tố thiêu kết nhạy cảm với ethanol.
. Khi dấu vết các nguyên tố đất hiếm như LA, CE, SM, DY, Y, v.v. được thêm vào Batio3 (phần nguyên tử răng hàm được kiểm soát là 0,2% đến 0,3%), một phần của BA2+ được thay thế bằng RE3+ Tuy nhiên, nếu lượng doping vượt quá một giá trị nhất định, do sự hình thành các vị trí tuyển dụng BA2+ và sự biến mất của các chất mang dẫn điện, điện trở suất của gốm tăng mạnh và thậm chí trở thành chất cách điện.
. PD0.91LA0.09 (ZR0.65TI0,35) 0.98O3-KH2PO3, v.v.Trái đất hiếmbổ sung về các tính chất liên quan của gốm sứ.
Chúng tôi chuyên về xuất khẩu các sản phẩm đất hiếm, để mua sản phẩm đất hiếm, chào mừng bạn đếnliên hệ với chúng tôi
Sales@shxlchem.com; Delia@shxlchem.com
WhatsApp & Điện thoại: 008613524231522; 0086 13661632459
Thời gian đăng: Tháng 2-06-2025