Kakav je utjecaj oksida rijetkih zemalja na keramičke premaze?

Keramika, metalni materijali i polimerni materijali navedeni su kao tri glavna čvrsta materijala. Keramika ima mnoga izvrsna svojstva, kao što su otpornost na visoke temperature, otpornost na koroziju, otpornost na habanje itd., jer je način atomske veze keramike ionska veza, kovalentna veza ili miješana ionsko-kovalentna veza s visokom energijom veze. Keramički premaz može promijeniti izgled, strukturu i performanse vanjske površine podloge. Kompozit premaz-podloga je preferiran zbog svojih novih performansi. Može organski kombinirati izvorne karakteristike podloge s karakteristikama otpornosti na visoke temperature, visoke otpornosti na habanje i visoke otpornosti na koroziju keramičkih materijala te u potpunosti iskoristiti sveobuhvatne prednosti dviju vrsta materijala, pa se široko koristi u zrakoplovstvu, zrakoplovstvu, nacionalnoj obrani, kemijskoj industriji i drugim industrijama.

Rijetkozemni metali nazivaju se "riznicom" novih materijala zbog svoje jedinstvene 4f elektroničke strukture te fizikalnih i kemijskih svojstava. Međutim, čisti rijetkozemni metali rijetko se izravno koriste u istraživanjima, a uglavnom se koriste rijetkozemni spojevi. Najčešći spojevi su CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS i rijetkozemni ferosilicij. Ovi rijetkozemni spojevi mogu poboljšati strukturu i svojstva keramičkih materijala i keramičkih premaza.

Primjena oksida rijetkih zemalja u keramičkim materijalima

Dodavanje rijetkozemnih elemenata kao stabilizatora i pomoćnih sredstava za sinteriranje različitim keramičkim materijalima može smanjiti temperaturu sinteriranja, poboljšati čvrstoću i žilavost nekih strukturnih keramika i time smanjiti troškove proizvodnje. Istovremeno, rijetkozemni elementi također igraju vrlo važnu ulogu u poluvodičkim plinskim senzorima, mikrovalnim medijima, piezoelektričnoj keramici i drugim funkcionalnim keramicima. Istraživanje je pokazalo da je zajedničko dodavanje dva ili više rijetkozemnih oksida aluminijevoj keramici bolje od dodavanja jednog rijetkozemnog oksida aluminijevoj keramici. Nakon optimizacijskog testa, Y2O3 + CeO2 ima najbolji učinak. Kada se doda 0,2% Y2O3 + 0,2% CeO2 na 1490 ℃, relativna gustoća sinteriranih uzoraka može doseći 96,2%, što premašuje gustoću uzoraka s bilo kojim rijetkozemnim oksidom Y2O3 ili CeO2 samim.

Učinak La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 u poticanju sinteriranja je bolji od dodavanja samo La2O3, a otpornost na habanje je očito poboljšana. Također pokazuje da miješanje dvaju rijetkozemnih oksida nije jednostavno dodavanje, već postoji interakcija između njih, što je korisnije za sinteriranje i poboljšanje performansi aluminijeve keramike, ali princip tek treba proučiti.

Osim toga, utvrđeno je da dodavanje mješovitih oksida rijetkih zemalja kao pomoćnih sredstava za sinteriranje može poboljšati migraciju materijala, potaknuti sinteriranje MgO keramike i poboljšati gustoću. Međutim, kada je sadržaj mješovitih oksida metala veći od 15%, relativna gustoća se smanjuje, a otvorena poroznost se povećava.

Drugo, utjecaj oksida rijetkih zemalja na svojstva keramičkih premaza

Postojeća istraživanja pokazuju da elementi rijetkih zemalja mogu pročistiti veličinu zrna, povećati gustoću, poboljšati mikrostrukturu i pročistiti površinu. Igraju jedinstvenu ulogu u poboljšanju čvrstoće, žilavosti, tvrdoće, otpornosti na habanje i otpornosti na koroziju keramičkih premaza, što do određene mjere poboljšava performanse keramičkih premaza i proširuje raspon primjene keramičkih premaza.

1

Poboljšanje mehaničkih svojstava keramičkih premaza oksidima rijetkih zemalja

Oksidi rijetkih zemalja mogu značajno poboljšati tvrdoću, čvrstoću na savijanje i vlačnu čvrstoću keramičkih premaza. Eksperimentalni rezultati pokazuju da se vlačna čvrstoća premaza može učinkovito poboljšati korištenjem Lao_2 kao aditiva u materijalu Al2O3 + 3% TiO_2, a vlačna čvrstoća može doseći 27,36 MPa kada je količina Lao_2 6,0%. Dodavanjem CeO2 s masenim udjelom od 3,0% i 6,0% u Cr2O3 materijal, vlačna čvrstoća premaza je između 18~25 MPa, što je više od izvornih 12~16 MPa. Međutim, kada je sadržaj CeO2 9,0%, vlačna čvrstoća veze smanjuje se na 12~15 MPa.

2

Poboljšanje otpornosti keramičkog premaza na toplinske udare od rijetkih zemalja

Ispitivanje otpornosti na toplinski udar važno je ispitivanje koje kvalitativno odražava čvrstoću veze između premaza i podloge te usklađenost koeficijenta toplinskog širenja između premaza i podloge. Izravno odražava sposobnost premaza da se odupre ljuštenju kada se temperatura naizmjenično mijenja tijekom upotrebe, a također odražava sposobnost premaza da se odupre mehaničkom udarnom zamoru i sposobnosti vezivanja sa podlogom sa strane. Stoga je to također ključni faktor za procjenu kvalitete keramičkog premaza.

Istraživanje pokazuje da dodatak 3,0%CeO2 može smanjiti poroznost i veličinu pora u premazu te smanjiti koncentraciju naprezanja na rubovima pora, čime se poboljšava otpornost Cr2O3 premaza na toplinski udar. Međutim, poroznost Al2O3 keramičkog premaza smanjila se, a čvrstoća vezivanja i vijek trajanja premaza od toplinskog udara znatno su se povećali nakon dodavanja LaO2. Kada je dodana količina LaO2 6% (maseni udio), otpornost premaza na toplinski udar je najbolja, a vijek trajanja premaza od toplinskog udara može doseći 218 puta, dok je vijek trajanja premaza od toplinskog udara bez LaO2 samo 163 puta.

3

Oksidi rijetkih zemalja utječu na otpornost premaza na habanje

Oksidi rijetkih zemalja koji se koriste za poboljšanje otpornosti na habanje keramičkih premaza uglavnom su CeO2 i La2O3. Njihova heksagonalna slojevita struktura može pokazati dobru funkciju podmazivanja i održavati stabilna kemijska svojstva na visokim temperaturama, što može učinkovito poboljšati otpornost na habanje i smanjiti koeficijent trenja.

Istraživanje pokazuje da je koeficijent trenja premaza s odgovarajućom količinom CeO2 mali i stabilan. Izviješteno je da dodavanje La2O3 plazma prskanom cermet premazu na bazi nikla može očito smanjiti trošenje trenjem i koeficijent trenja premaza, a koeficijent trenja je stabilan s malim fluktuacijama. Površina obloge bez rijetkih zemalja pokazuje ozbiljno prianjanje te krhki lom i ljuštenje. Međutim, premaz koji sadrži rijetke zemlje pokazuje slabo prianjanje na istrošenu površinu i nema znakova krhkog ljuštenja na velikoj površini. Mikrostruktura premaza dopiranog rijetkim zemljama je gušća i kompaktnija, a pore su smanjene, što smanjuje prosječnu silu trenja koju nose mikroskopske čestice i smanjuje trenje i trošenje. Dopiranje rijetkih zemalja također može povećati udaljenost kristalne ravnine cermeta, što dovodi do promjene sile interakcije između dvije kristalne površine i smanjuje koeficijent trenja.

Sažetak:

Iako su oksidi rijetkih zemalja postigli velika postignuća u primjeni keramičkih materijala i premaza, koji mogu učinkovito poboljšati mikrostrukturu i mehanička svojstva keramičkih materijala i premaza, još uvijek postoje mnoga nepoznata svojstva, posebno u smanjenju trenja i habanja. Kako postići da čvrstoća i otpornost na habanje materijala surađuju s njihovim svojstvima podmazivanja postao je važan smjer vrijedan rasprave u području tribologije.

Tel: +86-21-20970332E-pošta：info@shxlchem.com