Applicazione di a Terra Rara in Materiali Composite

Applicazione diTerra rarain i materiali cumposti
L'elementi di a terra rara anu una struttura elettronica 4f unica, un grande momentu magneticu atomicu, un forte accoppiamentu di spin è altre caratteristiche. Quandu si formanu cumplessi cù altri elementi, u so numeru di coordinazione pò varià da 6 à 12. I composti di a terra rara anu una varietà di strutture cristalline. E proprietà fisiche è chimiche speciali di e terre rare li facenu largamente utilizati in a fusione di l'acciaio d'alta qualità è di metalli non ferrosi, vetru speciale è ceramica d'altu rendiment, materiali magnetichi permanenti, materiali di almacenamentu di l'idrogenu, materiali luminescenti è laser, materiali nucleari. , è altri campi. Cù u sviluppu cuntinuu di materiali compositi, l'applicazioni di e terre rare s'hè ancu allargata à u campu di i materiali compositi, attraendu una grande attenzione à migliurà e proprietà di l'interfaccia trà i materiali eterogenei.

I formi principali di l'applicazione di a terra rara in a preparazione di materiali compositi includenu: ① aghjunghjemetalli di terra raraà i materiali cumposti; ② Aghjunghjite in forma diossidi di terra raraà u materiale cumpostu; ③ I polimeri drogati o legati cù metalli di terra rara in polimeri sò usati cum'è materiali di matrice in materiali compositi. Trà i trè formi di l'applicazioni di terra rara, i primi dui formi sò soprattuttu aghjuntu à u compostu di a matrice di metalli, mentre chì u terzu hè principalmente appiicatu à i cumposti di a matrice di polimeru, è a matrice di ceramica sò principarmenti aghjuntu in a seconda forma.

Terra raraagisce principarmenti nantu à a matrice metallica è a matrice ceramica composta in forma di additivi, stabilizzatori è additivi di sinterizzazione, migliurà assai u so rendimentu, riducendu i costi di produzzione, è facenu pussibule a so applicazione industriale.

L'aghjunzione di elementi di terra rara cum'è additivi in ​​materiali cumposti ghjoca principarmenti un rolu à migliurà a prestazione di l'interfaccia di i materiali compositi è prumove a raffinazione di grani di matrice metallica. U miccanisimu di l'azzione hè a siguenti.

① Migliurà a bagnabilità trà a matrice metallica è a fase di rinforzu. L'elettronegatività di l'elementi di a terra rara hè relativamente bassu (più chjuca l'elettronegatività di i metalli, più attiva l'elettronegatività di i non metalli). Per esempiu, La hè 1,1, Ce hè 1,12, è Y hè 1,22. L'elettronegatività di u metale base cumuni Fe hè 1,83, Ni hè 1,91, è Al hè 1,61. Per quessa, l'elementi di terra rara adsorbanu preferibilmente nantu à i cunfini di granu di a matrice metallica è a fase di rinfurzamentu durante u prucessu di fusione, riducendu a so energia di l'interfaccia, aumentendu u travagliu di aderenza di l'interfaccia, riducendu l'angolo di bagnatura, è cusì migliurà a bagnabilità trà a matrice. è a fase di rinforzu. Ricerche hà dimustratu chì l'aghjuntu di l'elementu La à a matrice d'aluminiu migliurà effittivamenti u wettability di AlO è liquidu aluminium, è migliurà a microstruttura di materiali cumposti.

② Prumove u raffinamentu di grani di matrice di metalli. A solubilità di a terra rara in u cristallu metallicu hè chjuca, perchè u raghju atomicu di l'elementi di a terra rara hè grande, è u raghju atomicu di a matrice di metalli hè relativamente chjuca. L'entrata di elementi di terra rara cù un raghju più grande in u lattice di a matrice pruvucarà a distorsioni di u lattice, chì aumenterà l'energia di u sistema. Per mantene l'energia libera più bassa, l'atomi di a terra rara ponu arricchisce solu versu cunfini irregulari di granu, chì in una certa misura impedisce a crescita libera di grani matrici. À u listessu tempu, l'elementi di terra rara arricchiti adsorbanu ancu altri elementi di lega, aumentendu u gradiente di cuncentrazione di elementi di lega, causendu un undercooling di i cumpunenti lucali, è rinfurzendu l'effettu di nucleazione eterogeneu di a matrice di metalli liquidu. Inoltre, u undercooling causatu da a segregazione elementale pò ancu prumove a furmazione di cumposti segregati è diventanu particeddi di nucleazione eterogenea efficaci, favurendu cusì u raffinamentu di i grani di a matrice metallica.

③ Purificate i cunfini di granu. A causa di a forte affinità trà l'elementi di a terra rara è l'elementi cum'è O, S, P, N, etc., l'energia libera standard di furmazione per ossidi, sulfuri, fosfuri è nitruri hè bassa. Questi cumposti anu un altu puntu di fusione è una densità bassa, alcuni di i quali ponu esse eliminati da flottante da u liquidu di l'alia, mentre chì altri sò distribuiti uniformemente in u granu, riducendu a segregazione di impurità à u cunfini di granu, purificendu cusì u cunfini di granu è migliurà a so forza.

Hè devi esse nutatu chì, per via di l'alta attività è u puntu di fusione bassu di metalli di terra rara, quandu sò aghjuntu à u compostu di matrice di metalli, u so cuntattu cù l'ossigenu deve esse cuntrullatu soprattuttu durante u prucessu di aghjunta.

Un gran numaru di pratiche anu dimustratu chì l'aghjunzione di ossidi di terra rara cum'è stabilizzatori, aiuti di sinterizzazione è modificatori di doping à diverse matrici metalliche è composite di matrici ceramiche ponu migliurà assai a forza è a tenacità di i materiali, riduce a so temperatura di sinterizzazione, è cusì riduce i costi di produzzione. U mekanismu principale di a so azzione hè a siguenti.

① Cum'è un additivu di sinterizazione, pò prumove a sinterizzazione è riduce a porosità in materiali compositi. L'aghjunzione di additivi di sinterizazione hè di generà una fase liquida à alte temperature, riduce a temperatura di sinterizzazione di materiali compositi, impedisce a descomposizione di materiali à alta temperatura durante u prucessu di sinterizzazione, è ottene materiali compositi densi per sinterizzazione in fase liquida. A causa di l'alta stabilità, a volatilità debule à alta temperatura, è i punti di fusione è di ebollizione elevati di l'ossidi di terra rara, ponu formate fasi di vetru cù altre materie prime è prumove a sinterizzazione, facendu un additivu efficace. À u listessu tempu, l'ossidu di terra rara pò ancu furmà una suluzione solida cù a matrice ceramica, chì pò generà difetti di cristalli in l'internu, attivà u lattice è prumove a sinterizzazione.

② Migliurà a microstruttura è affinà a dimensione di granu. A causa di u fattu chì l'ossidi di terra rara aghjunte sò soprattuttu à i cunfini di granu di a matrice, è per via di u so grande volume, l'ossidi di terra rara anu una alta resistenza à a migrazione in a struttura, è ancu impediscenu a migrazione di altri ioni, riducendu cusì u tassu di migrazzioni di cunfini di granu, inhibiting crescita di granu, è impediscenu a crescita anormali di granu durante a sinterizzazione à alta temperatura. Puderanu ottene grani chjuchi è uniformi, chì hè favurèvule à a furmazione di strutture densi; Per d 'altra banda, dopendu l'ossidi di terra rara, entranu in a fase di vetru di u cunfini di u granu, migliurà a forza di a fase di vetru è ghjunghje cusì u scopu di migliurà e proprietà meccaniche di u materiale.

L'elementi di terra rara in i composti di a matrice polimerica l'affettanu principalmente per migliurà e proprietà di a matrice polimerica. L'ossidi di terra rara ponu aumentà a temperatura di descomposizione termale di i polimeri, mentre chì i carboxylates di terra rara ponu migliurà a stabilità termale di u cloru di polivinile. U polistirene doping cù composti di terra rara pò migliurà a stabilità di u polistirene è aumentà significativamente a so forza d'impattu è a forza di curvatura.