Ảnh hưởng của oxit đất hiếm trong lớp phủ gốm là gì?

Gốm sứ, vật liệu kim loại và vật liệu polymer được liệt kê là ba vật liệu rắn chính. Gốm có nhiều đặc tính tuyệt vời, chẳng hạn như khả năng chịu nhiệt độ cao, chống ăn mòn, chống mài mòn, v.v., bởi vì chế độ liên kết nguyên tử của gốm là liên kết ion, liên kết cộng hóa trị hoặc liên kết cộng hóa trị ion hỗn hợp với năng lượng liên kết cao. Lớp phủ gốm có thể thay đổi hình thức, cấu trúc và hiệu suất của bề mặt bên ngoài của chất nền, hỗn hợp chất nền phủ được ưa chuộng vì hiệu suất mới của nó. Nó có thể kết hợp một cách hữu cơ các đặc tính ban đầu của chất nền với các đặc tính chịu nhiệt độ cao, chống mài mòn cao và chống ăn mòn cao của vật liệu gốm, đồng thời phát huy đầy đủ các ưu điểm toàn diện của hai loại vật liệu, vì vậy nó được sử dụng rộng rãi trong hàng không vũ trụ , hàng không, quốc phòng, công nghiệp hóa chất và các ngành công nghiệp khác.

Đất hiếm được mệnh danh là “ngôi nhà kho báu” của vật liệu mới, bởi cấu trúc điện tử 4f độc đáo và các tính chất lý hóa. Tuy nhiên, kim loại đất hiếm nguyên chất hiếm khi được sử dụng trực tiếp trong nghiên cứu mà chủ yếu sử dụng các hợp chất đất hiếm. Các hợp chất phổ biến nhất là CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS và ferrosilicon đất hiếm. Các hợp chất đất hiếm này có thể cải thiện cấu trúc và tính chất của vật liệu gốm và lớp phủ gốm.

Ứng dụng oxit đất hiếm trong vật liệu gốm sứ

Việc thêm các nguyên tố đất hiếm làm chất ổn định và chất hỗ trợ thiêu kết vào các loại gốm khác nhau có thể làm giảm nhiệt độ thiêu kết, cải thiện độ bền và độ dẻo dai của một số loại gốm kết cấu và do đó giảm chi phí sản xuất. Đồng thời, các nguyên tố đất hiếm cũng đóng vai trò rất quan trọng trong cảm biến khí bán dẫn, môi trường vi sóng, gốm áp điện và các loại gốm chức năng khác. Nghiên cứu cho thấy rằng, Việc thêm hai hoặc nhiều oxit đất hiếm vào gốm alumina với nhau sẽ tốt hơn việc thêm một oxit đất hiếm vào gốm alumina. Sau khi thử nghiệm tối ưu hóa, Y2O3+CeO2 có hiệu quả tốt nhất. Khi thêm 0,2%Y2O3 + 0,2%CeO2 ở 1490oC, mật độ tương đối của các mẫu thiêu kết có thể đạt tới 96,2%, vượt quá mật độ của các mẫu chỉ có oxit đất hiếm Y2O3 hoặc CeO2.

Hiệu quả của La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 trong việc thúc đẩy quá trình thiêu kết tốt hơn so với việc chỉ thêm La2O3 và khả năng chống mài mòn rõ ràng được cải thiện. Nó cũng cho thấy rằng việc trộn hai oxit đất hiếm không phải là một sự bổ sung đơn giản mà giữa chúng có sự tương tác, điều này có lợi hơn cho quá trình thiêu kết và cải thiện hiệu suất của gốm alumina, nhưng nguyên tắc vẫn còn phải được nghiên cứu.

Ngoài ra, người ta thấy rằng việc bổ sung các oxit kim loại đất hiếm hỗn hợp khi thiêu kết AIDS có thể cải thiện sự di chuyển của vật liệu, thúc đẩy quá trình thiêu kết gốm MgO và cải thiện mật độ. Tuy nhiên, khi hàm lượng oxit kim loại hỗn hợp lớn hơn 15% thì mật độ tương đối giảm và độ xốp mở tăng lên.

Thứ hai, ảnh hưởng của oxit đất hiếm đến tính chất của lớp phủ gốm

Nghiên cứu hiện tại cho thấy các nguyên tố đất hiếm có thể tinh chỉnh kích thước hạt, tăng mật độ, cải thiện cấu trúc vi mô và làm sạch bề mặt. Nó đóng một vai trò duy nhất trong việc cải thiện độ bền, độ dẻo dai, độ cứng, khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn của lớp phủ gốm, giúp cải thiện hiệu suất của lớp phủ gốm ở một mức độ nhất định và mở rộng phạm vi ứng dụng của lớp phủ gốm.

1

Cải thiện tính chất cơ học của lớp phủ gốm bằng oxit đất hiếm

Ôxít đất hiếm có thể cải thiện đáng kể độ cứng, độ bền uốn và độ bền liên kết kéo của lớp phủ gốm. Kết quả thực nghiệm cho thấy độ bền kéo của lớp phủ có thể được cải thiện một cách hiệu quả bằng cách sử dụng Lao _ 2 làm phụ gia trong vật liệu Al2O3+3% TiO _ 2 và độ bền liên kết kéo có thể đạt 27,36MPa khi lượng Lao _ 2 là 6,0 %. Thêm CeO2 với phần khối lượng 3,0% và 6,0% vào vật liệu Cr2O3, Độ bền liên kết kéo của lớp phủ nằm trong khoảng 18 ~ 25MPa, lớn hơn 12 ~ 16MPa ban đầu. Tuy nhiên, khi hàm lượng CeO2 là 9,0%, độ bền kéo độ bền liên kết giảm xuống 12 ~ 15MPa.

2

Cải thiện khả năng chống sốc nhiệt của lớp phủ gốm bằng đất hiếm

Thử nghiệm khả năng chống sốc nhiệt là một thử nghiệm quan trọng để phản ánh chất lượng độ bền liên kết giữa lớp phủ và chất nền cũng như sự phù hợp của hệ số giãn nở nhiệt giữa lớp phủ và chất nền. Nó phản ánh trực tiếp khả năng lớp phủ chống bong tróc khi nhiệt độ thay đổi luân phiên trong quá trình sử dụng, đồng thời cũng phản ánh khả năng lớp phủ chống mỏi do sốc cơ học và khả năng liên kết với bề mặt từ phía bên. Vì vậy, nó cũng là yếu tố then chốt để đánh giá chất lượng của lớp phủ. chất lượng của lớp phủ gốm.

Nghiên cứu cho thấy việc bổ sung 3,0%CeO2 có thể làm giảm độ xốp và kích thước lỗ rỗng trong lớp phủ, đồng thời giảm nồng độ ứng suất ở rìa lỗ chân lông, từ đó cải thiện khả năng chống sốc nhiệt của lớp phủ Cr2O3. Tuy nhiên, độ xốp của lớp phủ gốm Al2O3 giảm, độ bền liên kết và tuổi thọ hỏng sốc nhiệt của lớp phủ tăng rõ rệt sau khi thêm LaO2. Khi lượng LaO2 bổ sung là 6% (phần khối lượng), khả năng chống sốc nhiệt của lớp phủ là tốt nhất và tuổi thọ hỏng sốc nhiệt có thể đạt tới 218 lần, trong khi tuổi thọ hỏng sốc nhiệt của lớp phủ không có LaO2 chỉ là 163 lần.

3

Oxit đất hiếm ảnh hưởng đến khả năng chống mài mòn của lớp phủ

Các oxit đất hiếm được sử dụng để cải thiện khả năng chống mài mòn của lớp phủ gốm chủ yếu là CeO2 và La2O3. Cấu trúc lớp lục giác của chúng có thể cho thấy chức năng bôi trơn tốt và duy trì các tính chất hóa học ổn định ở nhiệt độ cao, có thể cải thiện hiệu quả khả năng chống mài mòn và giảm hệ số ma sát.

Nghiên cứu cho thấy hệ số ma sát của lớp phủ với lượng CeO2 thích hợp là nhỏ và ổn định. Đã có báo cáo rằng việc thêm La2O3 vào lớp phủ gốm kim loại gốc niken được phun plasma rõ ràng có thể làm giảm độ mài mòn ma sát và hệ số ma sát của lớp phủ, đồng thời hệ số ma sát ổn định và ít biến động. Bề mặt mài mòn của lớp phủ không có đất hiếm cho thấy độ bám dính nghiêm trọng, gãy và nứt nẻ, tuy nhiên, lớp phủ chứa đất hiếm cho thấy độ bám dính yếu trên bề mặt bị mòn và không có dấu hiệu nứt vỡ giòn trên diện rộng. Cấu trúc vi mô của lớp phủ pha tạp đất hiếm dày đặc hơn và nhỏ gọn hơn, và các lỗ rỗng được thu nhỏ, làm giảm lực ma sát trung bình do các hạt cực nhỏ sinh ra và giảm ma sát và mài mòn. Đất hiếm pha tạp cũng có thể làm tăng khoảng cách mặt phẳng tinh thể của gốm kim loại, Nó dẫn đến đến sự thay đổi lực tương tác giữa hai mặt tinh thể và làm giảm hệ số ma sát.

Bản tóm tắt:

Mặc dù oxit đất hiếm đã đạt được những thành tựu to lớn trong ứng dụng vật liệu gốm và lớp phủ, có thể cải thiện hiệu quả cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của vật liệu gốm và lớp phủ, nhưng vẫn còn nhiều đặc tính chưa biết, đặc biệt là trong việc giảm ma sát và mài mòn. Cách chế tạo độ bền và khả năng chống mài mòn của vật liệu phối hợp với đặc tính bôi trơn của chúng đã trở thành một hướng quan trọng đáng được thảo luận trong lĩnh vực ma sát.

Điện thoại: +86-21-20970332E-mail：info@shxlchem.com