Applicazione di Terre Rare in Materiali Compositi

Applicazione diTerra Rarain Materiali Cumposti
L'elementi di terre rare anu una struttura elettronica 4f unica, un grande mumentu magneticu atomicu, un forte accoppiamentu di spin è altre caratteristiche. Quandu si formanu cumplessu cù altri elementi, u so numeru di coordinazione pò varià da 6 à 12. I cumposti di terre rare anu una varietà di strutture cristalline. E proprietà fisiche è chimiche speciali di e terre rare li rendenu largamente aduprati in a fusione di acciaio di alta qualità è metalli non ferrosi, vetru speciale è ceramica ad alte prestazioni, materiali magnetichi permanenti, materiali di almacenamiento di idrogenu, materiali luminescenti è laser, materiali nucleari è altri campi. Cù u sviluppu cuntinuu di materiali cumposti, l'applicazione di terre rare s'hè ancu allargata à u campu di i materiali cumposti, attraendu una larga attenzione à u miglioramentu di e proprietà di l'interfaccia trà materiali eterogenei.

E principali forme d'applicazione di terre rare in a preparazione di materiali cumposti includenu: ① aghjunghjendumetalli di terre rareà i materiali cumposti; ② Aghjunghje in forma diossidi di terre rareà u materiale cumpostu; ③ I polimeri drogati o liati cù metalli di terre rare in i polimeri sò usati cum'è materiali di matrice in i materiali cumposti. Trà e trè forme sopra menzionate di applicazione di terre rare, e prime duie forme sò principalmente aghjunte à i cumposti di matrice metallica, mentre chì a terza hè principalmente applicata à i cumposti di matrice polimerica, è i cumposti di matrice ceramica sò principalmente aghjunti in a seconda forma.

Terra raraagisce principalmente nantu à a matrice metallica è u cumpostu di matrice ceramica in forma di additivi, stabilizzanti è additivi di sinterizzazione, migliurendu assai e so prestazioni, riducendu i costi di pruduzzione è rendendu pussibule a so applicazione industriale.

L'aghjunta di elementi di terre rare cum'è additivi in ​​i materiali cumposti ghjoca principalmente un rolu in u miglioramentu di e prestazioni di l'interfaccia di i materiali cumposti è in a prumuzione di u raffinamentu di i grani di matrice metallica. U mecanismu d'azione hè u seguente.

① Migliurà a bagnabilità trà a matrice metallica è a fase di rinforzu. L'elettronegatività di l'elementi di terre rare hè relativamente bassa (più chjuca hè l'elettronegatività di i metalli, più attiva hè 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 metallu di basa cumunu Fe hè 1,83, Ni hè 1,91, è Al hè 1,61. Dunque, l'elementi di terre rare si adsorberanu preferenzialmente nantu à i limiti di i grani di a matrice metallica è di a fase di rinforzu durante u prucessu di fusione, riducendu a so energia d'interfaccia, aumentendu u travagliu d'adesione di l'interfaccia, riducendu l'angulu di bagnabilità, è cusì migliurendu a bagnabilità trà a matrice è a fase di rinforzu. A ricerca hà dimustratu chì l'aghjunta di l'elementu La à a matrice d'aluminiu migliora efficacemente a bagnabilità di AlO è di u liquidu d'aluminiu, è migliora a microstruttura di i materiali cumposti.

② Prumove u raffinamentu di i grani di matrice metallica. A solubilità di a terra rara in u cristallu metallicu hè chjuca, perchè u raghju atomicu di l'elementi di terra rara hè grande, è u raghju atomicu di a matrice metallica hè relativamente chjucu. L'entrata di elementi di terra rara cù un raghju più grande in u reticolo di a matrice pruvucarà una distorsione di u reticolo, chì aumenterà l'energia di u sistema. Per mantene l'energia libera più bassa, l'atomi di terra rara ponu arricchisce solu versu limiti di grani irregulari, chì in una certa misura impedisce a crescita libera di i grani di matrice. À u listessu tempu, l'elementi di terra rara arricchiti adsorberanu ancu altri elementi di lega, aumentendu u gradiente di concentrazione di l'elementi di lega, causendu un sottoraffreddamentu lucale di i cumpunenti è rinfurzendu l'effettu di nucleazione eterogenea di a matrice metallica liquida. Inoltre, u sottoraffreddamentu causatu da a segregazione elementale pò ancu prumove a furmazione di cumposti segregati è diventà particelle di nucleazione eterogenee efficaci, prumove cusì u raffinamentu di i grani di matrice metallica.

③ Purificà i limiti di i grani. A causa di a forte affinità trà l'elementi di terre rare è elementi cum'è O, S, P, N, ecc., l'energia libera standard di furmazione per ossidi, sulfuri, fosfuri è nitruri hè bassa. Quessi cumposti anu un puntu di fusione altu è una bassa densità, alcuni di i quali ponu esse rimossi fluttuendu da u liquidu di a lega, mentre chì altri sò distribuiti uniformemente in u granu, riducendu a segregazione di impurità à u limite di u granu, purificendu cusì u limite di u granu è migliurendu a so resistenza.

Ci vole à nutà chì, per via di l'alta attività è di u bassu puntu di fusione di i metalli di terre rare, quandu sò aghjunti à u cumpostu di matrice metallica, u so cuntattu cù l'ossigenu deve esse cuntrullatu in modu specificu durante u prucessu d'aghjunta.

Un gran numeru di pratiche anu dimustratu chì l'aghjunta d'ossidi di terre rare cum'è stabilizzanti, aiuti di sinterizazione è modificatori di doping à diverse matrici metalliche è cumposti di matrice ceramica pò migliurà assai a resistenza è a tenacità di i materiali, riduce a so temperatura di sinterizazione è cusì riduce i costi di pruduzzione. U mecanismu principale di a so azzione hè u seguente.

① Cum'è additivu di sinterizazione, pò prumove a sinterizazione è riduce a porosità in i materiali cumposti. L'aghjunta di additivi di sinterizazione hè di generà una fase liquida à alte temperature, riduce a temperatura di sinterizazione di i materiali cumposti, inibisce a decomposizione à alta temperatura di i materiali durante u prucessu di sinterizazione, è ottene materiali cumposti densi attraversu a sinterizazione in fase liquida. A causa di l'alta stabilità, a debule volatilità à alta temperatura, è l'alti punti di fusione è d'ebullizione di l'ossidi di terre rare, ponu furmà fasi di vetru cù altre materie prime è prumove a sinterizazione, rendenduli un additivu efficace. À u listessu tempu, l'ossidu di terre rare pò ancu furmà una suluzione solida cù a matrice ceramica, chì pò generà difetti di cristallu à l'internu, attivà u reticolo è prumove a sinterizazione.

② Migliurà a microstruttura è affinà a dimensione di i grani. Per via di u fattu chì l'ossidi di terre rare aghjunti esistenu principalmente à i limiti di i grani di a matrice, è per via di u so grande vulume, l'ossidi di terre rare anu una alta resistenza à a migrazione in a struttura, è impediscenu ancu a migrazione di altri ioni, riducendu cusì a velocità di migrazione di i limiti di i grani, inibendu a crescita di i grani è impediscendu a crescita anormale di i grani durante a sinterizzazione à alta temperatura. Puderanu ottene grani chjuchi è uniformi, ciò chì hè favurevule à a furmazione di strutture dense; D’altronde, dopendu l'ossidi di terre rare, entranu in a fase vetrosa di u limite di i grani, migliurendu a resistenza di a fase vetrosa è ottenendu cusì l'ubbiettivu di migliurà e proprietà meccaniche di u materiale.

L'elementi di terre rare in i cumposti di matrice polimerica li influenzanu principalmente migliorandu e proprietà di a matrice polimerica. L'ossidi di terre rare ponu aumentà a temperatura di decomposizione termica di i polimeri, mentre chì i carbossilati di terre rare ponu migliurà a stabilità termica di u cloruru di polivinile. U dopaggio di polistirene cù cumposti di terre rare pò migliurà a stabilità di u polistirene è aumentà significativamente a so resistenza à l'impattu è a so resistenza à a flessione.