Penggunaan bumi nadir dalam bahan komposit

PermohonanNadir bumidalam bahan komposit
Unsur -unsur nadir bumi mempunyai struktur elektronik 4F yang unik, momen magnet atom yang besar, gandingan putaran kuat dan ciri -ciri lain. Apabila membentuk kompleks dengan unsur -unsur lain, nombor koordinasi mereka boleh berubah dari 6 hingga 12. Sebatian nadir bumi mempunyai pelbagai struktur kristal. Ciri-ciri fizikal dan kimia khas bumi nade menjadikannya digunakan secara meluas dalam peleburan logam keluli dan bukan ferus yang berkualiti tinggi, kaca khas dan seramik berprestasi tinggi, bahan magnet kekal, bahan penyimpanan hidrogen, bahan luminescent dan laser, bahan nuklear, dan ladang lain. Dengan perkembangan bahan komposit yang berterusan, penggunaan nadir bumi juga telah berkembang ke bidang bahan komposit, menarik perhatian yang meluas dalam meningkatkan sifat antara muka antara bahan heterogen.

Bentuk permohonan utama nadir bumi dalam penyediaan bahan komposit termasuk: ① MenambahLogam nadir bumikepada bahan komposit; ② Tambah dalam bentukoksida nadir bumikepada bahan komposit; ③ Polimer doped atau terikat dengan logam nadir bumi dalam polimer digunakan sebagai bahan matriks dalam bahan komposit. Di antara tiga bentuk aplikasi nadir bumi, dua bentuk pertama kebanyakannya ditambah kepada komposit matriks logam, manakala yang ketiga digunakan terutamanya untuk komposit matriks polimer, dan komposit matriks seramik terutamanya ditambah dalam bentuk kedua.

Nadir bumiTerutamanya bertindak pada matriks logam dan komposit matriks seramik dalam bentuk aditif, penstabil, dan bahan tambahan sintering, meningkatkan prestasi mereka, mengurangkan kos pengeluaran, dan membuat permohonan perindustriannya mungkin.

Penambahan unsur -unsur nadir bumi sebagai bahan tambahan dalam bahan komposit terutamanya memainkan peranan dalam meningkatkan prestasi antara muka bahan komposit dan mempromosikan penghalusan bijirin matriks logam. Mekanisme tindakan adalah seperti berikut.

① Meningkatkan kebolehkerjaan antara matriks logam dan fasa pengukuhan. Elektronegativiti unsur -unsur nadir bumi agak rendah (semakin kecil elektronegativiti logam, semakin aktif elektronegativiti bukan logam). Sebagai contoh, LA ialah 1.1, CE ialah 1.12, dan Y ialah 1.22. Elektronegativiti Fe logam asas umum ialah 1.83, Ni adalah 1.91, dan Al ialah 1.61. Oleh itu, unsur -unsur nadir bumi secara sengaja akan menyerap pada sempadan bijirin matriks logam dan fasa tetulang semasa proses peleburan, mengurangkan tenaga antara muka mereka, meningkatkan kerja lekatan antara muka, mengurangkan sudut pembasahan, dan dengan itu meningkatkan kebolehlaksanaan antara matriks dan fasa pengukuhan. Penyelidikan telah menunjukkan bahawa penambahan elemen LA ke matriks aluminium secara berkesan meningkatkan kebolehkerjaan cecair Alo dan aluminium, dan meningkatkan struktur mikrosit bahan komposit.

② Menggalakkan penghalusan bijirin matriks logam. Kelarutan bumi nadir dalam kristal logam adalah kecil, kerana radius atom unsur -unsur nadir bumi adalah besar, dan radius atom matriks logam agak kecil. Kemasukan unsur -unsur nadir bumi dengan jejari yang lebih besar ke dalam kekisi matriks akan menyebabkan herotan kekisi, yang akan meningkatkan tenaga sistem. Untuk mengekalkan tenaga bebas yang paling rendah, atom -atom nadir bumi hanya dapat memperkayakan sempadan bijian yang tidak teratur, yang sedikit sebanyak menghalang pertumbuhan bebas biji -bijian matriks. Pada masa yang sama, unsur -unsur nadir bumi yang diperkaya juga akan menyerap unsur -unsur aloi lain, meningkatkan kecerunan kepekatan unsur -unsur aloi, menyebabkan komponen tempatan di bawah, dan meningkatkan kesan nukleasi heterogen matriks logam cecair. Di samping itu, bawah yang disebabkan oleh pengasingan elemen juga boleh menggalakkan pembentukan sebatian yang dipisahkan dan menjadi zarah nukleasi heterogen yang berkesan, dengan itu mempromosikan penghalusan bijirin matriks logam.

③ Memurnikan sempadan bijian. Oleh kerana pertalian yang kuat antara unsur -unsur nadir bumi dan unsur -unsur seperti O, S, P, N, dan lain -lain, tenaga bebas standard pembentukan untuk oksida, sulfida, fosfida, dan nitrida adalah rendah. Sebatian ini mempunyai titik lebur yang tinggi dan ketumpatan yang rendah, yang sebahagiannya dapat dikeluarkan dengan terapung dari cecair aloi, sementara yang lain diedarkan secara merata di dalam bijirin, mengurangkan pemisahan kekotoran di sempadan bijian, dengan itu membersihkan sempadan bijian dan meningkatkan kekuatannya.

Harus diingat bahawa, disebabkan oleh aktiviti yang tinggi dan titik lebur yang rendah dari logam nadir bumi, apabila ia ditambah kepada komposit matriks logam, hubungan mereka dengan oksigen perlu dikawal secara khusus semasa proses penambahan.

Sejumlah besar amalan telah membuktikan bahawa menambah oksida nadir bumi sebagai penstabil, alat bantuan sintering, dan pengubah doping kepada matriks logam yang berbeza dan komposit matriks seramik dapat meningkatkan kekuatan dan ketahanan bahan, mengurangkan suhu sintering mereka, dan dengan itu mengurangkan kos pengeluaran. Mekanisme utama tindakannya adalah seperti berikut.

① Sebagai bahan tambahan sintering, ia boleh menggalakkan sintering dan mengurangkan keliangan dalam bahan komposit. Penambahan bahan tambahan sintering adalah untuk menghasilkan fasa cecair pada suhu tinggi, mengurangkan suhu sintering bahan komposit, menghalang penguraian suhu tinggi bahan semasa proses sintering, dan mendapatkan bahan komposit yang padat melalui pasang fasa cecair. Oleh kerana kestabilan yang tinggi, turun naik suhu tinggi yang lemah, dan titik lebur dan mendidih tinggi oksida nadir bumi, mereka boleh membentuk fasa kaca dengan bahan mentah yang lain dan menggalakkan sintering, menjadikannya bahan tambahan yang berkesan. Pada masa yang sama, oksida nadir bumi juga boleh membentuk penyelesaian pepejal dengan matriks seramik, yang dapat menghasilkan kecacatan kristal di dalam, mengaktifkan kisi dan mempromosikan sintering.

② Meningkatkan mikrostruktur dan menyempurnakan saiz bijian. Oleh kerana fakta bahawa oksida nadir bumi yang ditambah terutamanya wujud di sempadan bijirin matriks, dan disebabkan oleh jumlah yang besar, oksida nadir bumi mempunyai rintangan penghijrahan yang tinggi dalam struktur, dan juga menghalang penghijrahan ion-ion lain, dengan itu mengurangkan kadar migrasi. Mereka boleh mendapatkan bijirin kecil dan seragam, yang kondusif untuk pembentukan struktur padat; Sebaliknya, dengan doping oksida nadir bumi, mereka memasuki fasa kaca sempadan bijian, meningkatkan kekuatan fasa kaca dan dengan itu mencapai matlamat untuk memperbaiki sifat mekanik bahan.

Unsur -unsur nadir bumi dalam komposit matriks polimer terutamanya menjejaskan mereka dengan memperbaiki sifat -sifat matriks polimer. Oksida nadir bumi boleh meningkatkan suhu penguraian haba polimer, manakala karboksilat nadir bumi dapat meningkatkan kestabilan haba polyvinyl chloride. Doping polistirena dengan sebatian nadir bumi dapat meningkatkan kestabilan polistirena dan meningkatkan kekuatan impak dan kekuatan lenturannya.