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.
Data di publicazione: 26 d'aprile di u 2023