ПрымяненнеРэдказямельныу кампазіцыйных матэрыялах
Рэдказямельныя элементы маюць унікальную электронную структуру 4f, вялікі атамны магнітны момант, моцную спінавую сувязь і іншыя характарыстыкі.Пры ўтварэнні комплексаў з іншымі элементамі іх каардынацыйны лік можа змяняцца ад 6 да 12. Рэдказямельныя злучэнні маюць разнастайную крышталічную структуру.Асаблівыя фізічныя і хімічныя ўласцівасці рэдказямельных элементаў дазваляюць шырока выкарыстоўваць іх пры выплаўленні высакаякаснай сталі і каляровых металаў, спецыяльнага шкла і высокапрадукцыйнай керамікі, матэрыялаў з пастаяннымі магнітамі, матэрыялаў для захоўвання вадароду, люмінесцэнтных і лазерных матэрыялаў, ядзерных матэрыялаў , і іншыя палі.З бесперапынным развіццём кампазіцыйных матэрыялаў прымяненне рэдказямельных элементаў таксама пашырылася на сферу кампазітных матэрыялаў, прыцягваючы шырокую ўвагу да паляпшэння уласцівасцей падзелу паміж гетэрагеннымі матэрыяламі.
Асноўныя формы прымянення рэдказямельных пры падрыхтоўцы кампазітных матэрыялаў ўключаюць: ① даданнерэдказямельныя металыда кампазітных матэрыялаў;② Дадаць у формерэдказямельныя аксідыда кампазітнага матэрыялу;③ Палімеры, дапаваныя або злучаныя рэдказямельнымі металамі ў палімерах, выкарыстоўваюцца ў якасці матрычных матэрыялаў у кампазітных матэрыялах.Сярод трох прыведзеных вышэй формаў прымянення рэдказямельных матэрыялаў першыя дзве формы ў асноўным дадаюцца да кампазітаў з металічнай матрыцай, у той час як трэцяя ў асноўным прымяняецца да кампазітаў з палімернай матрыцай, а кампазіт з керамічнай матрыцай у асноўным дадаецца ў другой форме.
Рэдказямельныу асноўным дзейнічае на металічную матрыцу і кампазіт з керамічнай матрыцы ў выглядзе дабавак, стабілізатараў і дабавак для спякання, што значна паляпшае іх характарыстыкі, зніжае вытворчыя выдаткі і робіць магчымым яго прамысловае прымяненне.
Даданне рэдказямельных элементаў у якасці дадаткаў у кампазітныя матэрыялы ў асноўным гуляе ролю ў паляпшэнні характарыстык інтэрфейсу кампазітных матэрыялаў і садзейнічанні ачыстцы зерняў металічнай матрыцы.Механізм дзеяння заключаецца ў наступным.
① Палепшыць змочвальнасць паміж металічнай матрыцай і армавальнай фазай.Электраадмоўнасць рэдказямельных элементаў параўнальна нізкая (чым меншая электраадмоўнасць металаў, тым больш актыўна электраадмоўнасць неметалаў).Напрыклад, La роўна 1,1, Ce роўна 1,12, а Y роўна 1,22.Электраадмоўнасць звычайнага асноўнага металу Fe роўная 1,83, Ni роўная 1,91 і Al роўная 1,61.Такім чынам, рэдказямельныя элементы будуць пераважна адсарбавацца на межах зерняў металічнай матрыцы і фазы армавання падчас плаўлення, памяншаючы іх энергію на падзеле падзелу, павялічваючы працу адгезіі на падзеле, памяншаючы вугал змочвання і, такім чынам, паляпшаючы змочвальнасць паміж матрыцай і і фаза падмацавання.Даследаванні паказалі, што даданне элемента La да алюмініевай матрыцы эфектыўна паляпшае змочвальнасць AlO і алюмініевай вадкасці, а таксама паляпшае мікраструктуру кампазітных матэрыялаў.
② Садзейнічанне ачыстцы зерняў металічнай матрыцы.Растваральнасць рэдказямельных элементаў у металічным крышталі малая, таму што атамны радыус рэдказямельных элементаў вялікі, а атамны радыус металічнай матрыцы адносна малы.Уступленне рэдказямельных элементаў з вялікім радыусам у рашотку матрыцы выкліча скажэнне рашоткі, што павялічыць энергію сістэмы.Каб падтрымліваць самую нізкую свабодную энергію, рэдказямельныя атамы могуць узбагачацца толькі да нерэгулярных межаў зерняў, што ў пэўнай ступені перашкаджае свабоднаму росту зерняў матрыцы.У той жа час узбагачаныя рэдказямельныя элементы таксама будуць адсарбаваць іншыя элементы сплаву, павялічваючы градыент канцэнтрацыі элементаў сплаву, выклікаючы лакальнае пераахаладжэнне кампанентаў і ўзмацняючы эфект гетэрагеннага зараджэння вадкай металічнай матрыцы.Акрамя таго, пераахаладжэнне, выкліканае сегрэгацыяй элементаў, таксама можа спрыяць утварэнню асобных злучэнняў і станавіцца эфектыўнымі гетэрагеннымі часціцамі зараджэння, спрыяючы такім чынам драбненню зерняў металічнай матрыцы.
③ Ачысціць межы зерняў.З-за моцнага сродства паміж рэдказямельнымі элементамі і такімі элементамі, як O, S, P, N і г.д., стандартная свабодная энергія ўтварэння аксідаў, сульфідаў, фасфідаў і нітрыдаў нізкая.Гэтыя злучэнні маюць высокую тэмпературу плаўлення і нізкую шчыльнасць, некаторыя з якіх можна выдаліць, усплываючы з вадкасці сплаву, у той час як іншыя раўнамерна размяркоўваюцца ўнутры збожжа, памяншаючы аддзяленне прымешак на мяжы збожжа, тым самым чысцячы мяжу збожжа і паляпшэнне яго трываласці.
Варта адзначыць, што з-за высокай актыўнасці і нізкай тэмпературы плаўлення рэдказямельных металаў пры іх даданні ў металічны матрычны кампазіт неабходна асабліва кантраляваць іх кантакт з кіслародам у працэсе дадання.
Вялікая колькасць практыкаў даказала, што даданне рэдказямельных аксідаў у якасці стабілізатараў, дапаможнікаў для спякання і мадыфікатараў да розных кампазітных металічных матрыц і керамічных матрыц можа значна палепшыць трываласць і трываласць матэрыялаў, знізіць тэмпературу іх спякання і, такім чынам, знізіць вытворчыя выдаткі.Асноўны механізм яго дзеяння заключаецца ў наступным.
① Як дабаўка для спякання, яна можа спрыяць спяканню і памяншаць сітаватасць у кампазітных матэрыялах.Даданне дабавак для спекання заключаецца ў стварэнні вадкай фазы пры высокіх тэмпературах, зніжэнні тэмпературы спекання кампазітных матэрыялаў, інгібіраванні высокатэмпературнага раскладання матэрыялаў падчас працэсу спекання і атрыманні шчыльных кампазітных матэрыялаў шляхам вадкаснага спякання.З-за высокай стабільнасці, слабой высокатэмпературнай лятучасці і высокіх тэмператур плаўлення і кіпення рэдказямельных аксідаў яны могуць утвараць шкляныя фазы з іншай сыравінай і спрыяць спяканню, што робіць іх эфектыўнай дадаткам.У той жа час рэдказямельны аксід можа таксама ўтвараць цвёрды раствор з керамічнай матрыцай, які можа ствараць крыштальныя дэфекты ўнутры, актываваць рашотку і спрыяць спяканню.
② Паляпшэнне мікраструктуры і ўдакладненне памеру збожжа.З-за таго, што дададзеныя рэдказямельныя аксіды ў асноўным існуюць на межах зерняў матрыцы, і з-за іх вялікага аб'ёму рэдказямельныя аксіды валодаюць высокай міграцыйнай устойлівасцю ў структуры, а таксама перашкаджаюць міграцыі іншых іёнаў, тым самым зніжаючы хуткасць міграцыі межаў зерняў, інгібіраванне росту зерняў і перашкода анамальнаму росту зерняў падчас высокатэмпературнага спякання.Яны могуць атрымаць дробныя і аднастайныя збожжа, што спрыяе адукацыі шчыльных структур;З іншага боку, легіруючы рэдказямельнымі аксідамі, яны ўваходзяць у шкляную фазу межаў зерняў, паляпшаючы трываласць шкляной фазы і, такім чынам, дасягаючы мэты паляпшэння механічных уласцівасцей матэрыялу.
Рэдказямельныя элементы ў кампазітах палімернай матрыцы ў асноўным уплываюць на іх, паляпшаючы ўласцівасці палімернай матрыцы.Рэдказямельныя аксіды могуць павысіць тэмпературу тэрмічнага раскладання палімераў, у той час як рэдказямельныя карбаксілаты могуць палепшыць тэрмічную стабільнасць полівінілхларыду.Легаванне полістыролу рэдказямельнымі злучэннямі можа палепшыць стабільнасць полістыролу і значна павялічыць яго ўдарную трываласць і трываласць на выгіб.
Час публікацыі: 26 красавіка 2023 г