RakendusHaruldane muldkomposiitmaterjalides
Haruldastel muldmetallidel on ainulaadne 4f elektrooniline struktuur, suur aatomi magnetmoment, tugev spinniühendus ja muud omadused. Teiste elementidega komplekside moodustamisel võib nende koordinatsiooniarv kõikuda vahemikus 6 kuni 12. Haruldastel muldmetallidel on mitmesugused kristallstruktuurid. Haruldaste muldmetallide erilised füüsikalised ja keemilised omadused võimaldavad neid laialdaselt kasutada kvaliteetse terase ja värviliste metallide, eriklaasi ja kõrgjõudlusega keraamika, püsimagnetmaterjalide, vesinikku salvestavate materjalide, luminestsents- ja lasermaterjalide ning tuumamaterjalide sulatamisel. ja muud väljad. Komposiitmaterjalide pideva arenguga on haruldaste muldmetallide kasutamine laienenud ka komposiitmaterjalide valdkonda, pälvides laialdast tähelepanu heterogeensete materjalide vaheliste liideste omaduste parandamisel.
Haruldaste muldmetallide peamised kasutusvormid komposiitmaterjalide valmistamisel on järgmised: ① lisamineharuldased muldmetallidkomposiitmaterjalidele; ② Lisa kujulharuldaste muldmetallide oksiididkomposiitmaterjalile; ③ Polümeere, mis on legeeritud või seotud haruldaste muldmetallidega polümeerides, kasutatakse komposiitmaterjalides maatriksmaterjalina. Ülaltoodud kolmest haruldaste muldmetallide kasutusviisist lisatakse kaks esimest vormi enamasti metallmaatrikskomposiitidele, kolmandat aga peamiselt polümeermaatrikskomposiitidele ja keraamiline maatrikskomposiit peamiselt teisel kujul.
Haruldased muldmetallidtoimib peamiselt metallmaatriksi ja keraamilise maatriksi komposiidile lisandite, stabilisaatorite ja paagutavate lisandite kujul, parandades oluliselt nende jõudlust, vähendades tootmiskulusid ja muutes võimalikuks selle tööstusliku kasutamise.
Haruldaste muldmetallide elementide lisamine komposiitmaterjalide lisandina mängib peamiselt rolli komposiitmaterjalide liidese toimivuse parandamisel ja metallimaatriksi terade täiustamisel. Toimemehhanism on järgmine.
① Parandage metallmaatriksi ja tugevdusfaasi vahelist märguvust. Haruldaste muldmetallide elektronegatiivsus on suhteliselt madal (mida väiksem on metallide elektronegatiivsus, seda aktiivsem on mittemetallide elektronegatiivsus). Näiteks La on 1,1, Ce on 1,12 ja Y on 1,22. Tavalise mitteväärismetalli Fe elektronegatiivsus on 1,83, Ni on 1,91 ja Al on 1,61. Seetõttu adsorbeeruvad haruldased muldmetallid sulatusprotsessi ajal eelistatult metallmaatriksi ja tugevdusfaasi terapiiridel, vähendades nende liidese energiat, suurendades liidese adhesioonitööd, vähendades niisutusnurka ja parandades seeläbi maatriksi vahelist märguvust. ja tugevdamise etapp. Uuringud on näidanud, et La elemendi lisamine alumiiniummaatriksile parandab tõhusalt AlO ja alumiiniumvedeliku märguvust ning komposiitmaterjalide mikrostruktuuri.
② Edendada metallmaatriksi terade viimistlemist. Haruldaste muldmetallide lahustuvus metallikristallides on väike, kuna haruldaste muldmetallide elementide aatomiraadius on suur ja metallimaatriksi aatomiraadius on suhteliselt väike. Suurema raadiusega haruldaste muldmetallide elementide sisenemine maatriksvõre põhjustab võre moonutusi, mis suurendab süsteemi energiat. Madalaima vabaenergia säilitamiseks saavad haruldaste muldmetallide aatomid rikastuda ainult ebakorrapäraste terapiiride suunas, mis teatud määral takistab maatriksi terade vaba kasvu. Samal ajal adsorbeerivad rikastatud haruldaste muldmetallide elemendid ka teisi sulamielemente, suurendades sulamielementide kontsentratsioonigradienti, põhjustades kohalike komponentide alajahtumist ja suurendades vedela metalli maatriksi heterogeenset tuumaefekti. Lisaks võib elementide eraldamisest põhjustatud alajahtumine soodustada ka eraldatud ühendite moodustumist ja muutuda tõhusateks heterogeenseteks tuumaosakesteks, soodustades seeläbi metallimaatriksi terade rafineerimist.
③ Puhastage teravilja piire. Haruldaste muldmetallide elementide ja selliste elementide nagu O, S, P, N jne vahelise tugeva afiinsuse tõttu on oksiidide, sulfiidide, fosfiidide ja nitriidide moodustumise standardne vaba energia madal. Nendel ühenditel on kõrge sulamistemperatuur ja madal tihedus, millest osa saab eemaldada sulami vedelikust üles ujudes, samas kui teised jaotuvad tera sees ühtlaselt, vähendades lisandite eraldumist tera piiril, puhastades seeläbi tera piiri ja selle tugevuse parandamine.
Tuleb märkida, et haruldaste muldmetallide kõrge aktiivsuse ja madala sulamistemperatuuri tõttu tuleb nende metallimaatrikskomposiidile lisamisel nende kokkupuudet hapnikuga lisamisprotsessi ajal spetsiaalselt kontrollida.
Paljud praktikad on tõestanud, et haruldaste muldmetallide oksiidide lisamine stabilisaatoritena, paagutamise abiainetena ja dopingu modifikaatoritena erinevatele metallmaatriksi ja keraamilise maatriksi komposiitidele võib oluliselt parandada materjalide tugevust ja sitkust, vähendada nende paagutamistemperatuuri ja seega vähendada tootmiskulusid. Selle peamine toimemehhanism on järgmine.
① Paagutava lisandina võib see soodustada paagutamist ja vähendada komposiitmaterjalide poorsust. Paagutamislisandite lisamise eesmärk on tekitada kõrgetel temperatuuridel vedel faas, vähendada komposiitmaterjalide paagutamistemperatuuri, pärssida materjalide kõrgel temperatuuril lagunemist paagutamisprotsessi ajal ja saada vedelfaasilise paagutamise teel tihedaid komposiitmaterjale. Haruldaste muldmetallide oksiidide kõrge stabiilsuse, madala kõrge temperatuuri lenduvuse ning kõrge sulamis- ja keemistemperatuuri tõttu võivad need moodustada klaasfaase teiste toorainetega ja soodustada paagutamist, muutes need tõhusaks lisandiks. Samal ajal võib haruldaste muldmetallide oksiid moodustada ka keraamilise maatriksiga tahke lahuse, mis võib tekitada kristallide defekte, aktiveerida võre ja soodustada paagutamist.
② Parandage mikrostruktuuri ja täpsustage tera suurust. Tulenevalt asjaolust, et lisatud haruldaste muldmetallide oksiidid esinevad peamiselt maatriksi terapiiridel ja oma suure mahu tõttu on haruldaste muldmetallide oksiididel struktuuris kõrge migratsioonikindlus ning nad takistavad ka teiste ioonide migratsiooni, vähendades seeläbi teravilja piiride migratsioonikiirust, pidurdades terade kasvu ja takistades terade ebanormaalset kasvu kõrgel temperatuuril paagutamise ajal. Nad võivad saada väikesed ja ühtlased terad, mis soodustab tihedate struktuuride teket; Seevastu haruldaste muldmetallide oksiidide dopinguga sisenevad nad tera piirdeklaasi faasi, parandades klaasifaasi tugevust ja saavutades seeläbi materjali mehaaniliste omaduste parandamise eesmärgi.
Haruldased muldmetallid polümeermaatriksi komposiitides mõjutavad neid peamiselt polümeermaatriksi omaduste parandamise kaudu. Haruldased muldmetallide oksiidid võivad tõsta polümeeride termilise lagunemise temperatuuri, samas kui haruldaste muldmetallide karboksülaadid võivad parandada polüvinüülkloriidi termilist stabiilsust. Polüstüreeni doping haruldaste muldmetallide ühenditega võib parandada polüstüreeni stabiilsust ja oluliselt suurendada selle löögi- ja paindetugevust.
Postitusaeg: 26. aprill 2023