Які ўплыў аказваюць аксіды рэдказямельных элементаў на керамічныя пакрыцці?

Кераміка, металічныя матэрыялы і палімерныя матэрыялы пералічаныя як тры асноўныя цвёрдыя матэрыялы. Кераміка мае шмат выдатных уласцівасцей, такіх як высокая тэрмаўстойлівасць, каразійная стойкасць, зносаўстойлівасць і г.д., таму што атамны тып сувязі керамікі - гэта іённая, кавалентная або змешаная іённа-кавалентная сувязь з высокай энергіяй сувязі. Керамічнае пакрыццё можа змяніць знешні выгляд, структуру і характарыстыкі вонкавай паверхні падкладкі. Кампазіт пакрыцця-падкладкі з'яўляецца пераважным дзякуючы сваім новым характарыстыкам. Ён можа арганічна спалучаць першапачатковыя характарыстыкі падкладкі з характарыстыкамі высокай тэрмаўстойлівасці, высокай зносаўстойлівасці і высокай каразійнай стойкасці керамічных матэрыялаў, і ў поўнай меры выкарыстоўваць усе перавагі гэтых двух відаў матэрыялаў, таму ён шырока выкарыстоўваецца ў аэракасмічнай, авіяцыйнай, абароннай, хімічнай і іншых галінах прамысловасці.

Рэдказямельныя элементы называюць «скарбніцай» новых матэрыялаў з-за іх унікальнай электроннай структуры 4f і фізічных і хімічных уласцівасцей. Аднак чыстыя рэдказямельныя металы рэдка выкарыстоўваюцца непасрэдна ў даследаваннях, і ў асноўным выкарыстоўваюцца рэдказямельныя злучэнні. Найбольш распаўсюджанымі злучэннямі з'яўляюцца CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS і рэдказямельны ферасіліцый. Гэтыя рэдказямельныя злучэнні могуць палепшыць структуру і ўласцівасці керамічных матэрыялаў і керамічных пакрыццяў.

I. Прымяненне аксідаў рэдказямельных элементаў у керамічных матэрыялах

Даданне рэдказямельных элементаў у якасці стабілізатараў і дабавак для спякання да розных керамічных вырабаў можа знізіць тэмпературу спякання, палепшыць трываласць і ўдарную глейкасць некаторых канструкцыйных керамічных вырабаў і, такім чынам, знізіць вытворчы кошт. У той жа час рэдказямельныя элементы таксама адыгрываюць вельмі важную ролю ў паўправадніковых газавых датчыках, мікрахвалевых асяроддзях, п'езаэлектрычнай кераміцы і іншых функцыянальных керамічных вырабах. Даследаванне паказала, што сумеснае даданне двух або больш аксідаў рэдказямельных элементаў да аксіда алюмінію лепш, чым даданне аднаго аксіду рэдказямельных элементаў да аксіда алюмінію. Пасля аптымізацыйнага тэсту найлепшы эфект прадэманстраваў Y2O3+CeO2. Пры даданні 0,2%Y2O3+0,2%CeO2 пры тэмпературы 1490℃ адносная шчыльнасць спечаных узораў можа дасягаць 96,2%, што перавышае шчыльнасць узораў з любым аксідам рэдказямельных элементаў Y2O3 або CeO2 асобна.

Эфект La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 у стымуляванні спякання лепшы, чым пры даданні толькі La2O3, і зносаўстойлівасць відавочна паляпшаецца. Гэта таксама паказвае, што змешванне двух аксідаў рэдказямельных элементаў не з'яўляецца простым даданнем, а існуе ўзаемадзеянне паміж імі, што больш спрыяе спяканню і паляпшэнню характарыстык алюмініевай керамікі, але прынцып гэтага яшчэ трэба вывучыць.

Акрамя таго, было ўстаноўлена, што даданне змешаных аксідаў рэдказямельных металаў у якасці дабавак для спякання можа палепшыць міграцыю матэрыялаў, спрыяць спяканню MgO-керамікі і палепшыць шчыльнасць. Аднак, калі ўтрыманне змешаных аксідаў металаў перавышае 15%, адносная шчыльнасць памяншаецца, а адкрытая порыстасць павялічваецца.

Па-другое, уплыў аксідаў рэдказямельных элементаў на ўласцівасці керамічных пакрыццяў

Існуючыя даследаванні паказваюць, што рэдказямельныя элементы могуць памяншаць памер зерня, павялічваць шчыльнасць, паляпшаць мікраструктуру і ачышчаць паверхню падзелу. Гэта адыгрывае ўнікальную ролю ў павышэнні трываласці, ударнай глейкасці, цвёрдасці, зносаўстойлівасці і каразійнай стойкасці керамічных пакрыццяў, што да пэўнай ступені паляпшае іх характарыстыкі і пашырае дыяпазон іх прымянення.

1

Паляпшэнне механічных уласцівасцей керамічных пакрыццяў аксідамі рэдказямельных матэрыялаў

Аксіды рэдказямельных элементаў могуць значна палепшыць цвёрдасць, трываласць на выгіб і трываласць счаплення керамічных пакрыццяў на расцяжэнне. Эксперыментальныя вынікі паказваюць, што трываласць счаплення пакрыцця на расцяжэнне можа быць эфектыўна палепшана пры выкарыстанні Lao_2 у якасці дабаўкі ў матэрыяле Al2O3 + 3% TiO_2, і трываласць счаплення на расцяжэнне можа дасягаць 27,36 МПа пры колькасці Lao_2 6,0%. Дадаючы CeO2 з масавай доляй 3,0% і 6,0% у матэрыял Cr2O3, трываласць счаплення пакрыцця на расцяжэнне складае ад 18 да 25 МПа, што больш за зыходныя 12-16 МПа. Аднак, калі ўтрыманне CeO2 складае 9,0%, трываласць счаплення на расцяжэнне зніжаецца да 12-15 МПа.

2

Паляпшэнне ўстойлівасці да тэрмічных удараў керамічнага пакрыцця з рэдказямельных матэрыялаў

Выпрабаванне на ўстойлівасць да тэрмічнага ўдару з'яўляецца важным тэстам для якаснага адлюстравання трываласці счаплення паміж пакрыццём і падкладкай і адпаведнасці каэфіцыента цеплавога пашырэння паміж пакрыццём і падкладкай. Яно непасрэдна адлюстроўвае здольнасць пакрыцця супраціўляцца адслойванню пры чэргавым змене тэмпературы падчас выкарыстання, а таксама адлюстроўвае здольнасць пакрыцця супраціўляцца механічнай стомленасці ад удараў і здольнасць счаплення з падкладкай збоку. Такім чынам, гэта таксама ключавы фактар ​​для ацэнкі якасці керамічнага пакрыцця.

Даследаванні паказваюць, што даданне 3,0% CeO2 можа паменшыць сітаватасць і памер пор у пакрыцці, а таксама знізіць канцэнтрацыю напружанняў на краях пор, тым самым паляпшаючы ўстойлівасць пакрыцця Cr2O3 да цеплавога ўдару. Аднак сітаватасць керамічнага пакрыцця Al2O3 паменшылася, а трываласць счаплення і тэрмін службы пакрыцця да цеплавога ўдару прыкметна павялічыліся пасля дадання LaO2. Пры даданні LaO2 у колькасці 6% (масавая доля) устойлівасць пакрыцця да цеплавога ўдару найлепшая, і тэрмін службы можа дасягаць 218 разоў, у той час як тэрмін службы пакрыцця без LaO2 складае толькі 163 разы.

3

Аксіды рэдказямельных элементаў уплываюць на зносаўстойлівасць пакрыццяў

Аксіды рэдказямельных элементаў, якія выкарыстоўваюцца для паляпшэння зносаўстойлівасці керамічных пакрыццяў, у асноўным з'яўляюцца CeO2 і La2O3. Іх шасцігранная слаістая структура можа дэманстраваць добрую змазвальную функцыю і падтрымліваць стабільныя хімічныя ўласцівасці пры высокай тэмпературы, што можа эфектыўна палепшыць зносаўстойлівасць і знізіць каэфіцыент трэння.

Даследаванні паказваюць, што каэфіцыент трэння пакрыцця з належнай колькасцю CeO2 невялікі і стабільны. Паведамлялася, што даданне La2O3 да плазменна напыленага нікелевага керметнага пакрыцця можа відавочна знізіць знос ад трэння і каэфіцыент трэння пакрыцця, прычым каэфіцыент трэння стабільны з невялікімі ваганнямі. Зношаная паверхня абліцавальнага пласта без рэдказямельных элементаў мае сур'ёзную адгезію, далікатнае разбурэнне і адслойванне. Аднак пакрыццё, якое змяшчае рэдказямельныя элементы, мае слабую адгезію да зношанай паверхні, і няма прыкмет далікатнага адслойвання на вялікай плошчы. Мікраструктура пакрыцця, легаванага рэдказямельнымі элементамі, больш шчыльная і кампактная, а пары памяншаюцца, што зніжае сярэднюю сілу трэння, якая пераносіцца мікраскапічнымі часціцамі, і памяншае трэнне і знос. Легаванне рэдказямельнымі элементамі таксама можа павялічыць адлегласць ад крышталічнай плоскасці керметаў, што прыводзіць да змены сілы ўзаемадзеяння паміж двума гранямі крышталя і зніжае каэфіцыент трэння.

Кароткі змест:

Нягледзячы на ​​тое, што аксіды рэдказямельных элементаў дасягнулі вялікіх поспехаў ва ўжыванні керамічных матэрыялаў і пакрыццяў, якія могуць эфектыўна палепшыць мікраструктуру і механічныя ўласцівасці керамічных матэрыялаў і пакрыццяў, усё яшчэ існуе шмат невядомых уласцівасцей, асабліва ў зніжэнні трэння і зносу. Як зрабіць так, каб трываласць і зносаўстойлівасць матэрыялаў узаемадзейнічалі з іх змазвальнымі ўласцівасцямі, стала важным напрамкам, вартым абмеркавання ў галіне трыбалогіі.

Тэл.: +86-21-20970332Электронная пошта：info@shxlchem.com