Zbatimi i Tokës së Rrallë në Materialet Kompozite

Zbatimi iTokë e rrallënë Materiale të Përbëra
Elementet e rrallë të tokës kanë strukturë elektronike unike 4f, moment të madh magnetik atomik, çiftëzim të fortë spini dhe karakteristika të tjera. Kur formojnë komplekse me elementë të tjerë, numri i tyre i koordinimit mund të ndryshojë nga 6 në 12. Komponimet e rrallë të tokës kanë një larmi strukturash kristalore. Vetitë e veçanta fizike dhe kimike të rrallë të tokës i bëjnë ato të përdoren gjerësisht në shkrirjen e çelikut dhe metaleve me ngjyra me cilësi të lartë, qelqit special dhe qeramikës me performancë të lartë, materialeve me magnet të përhershëm, materialeve për ruajtjen e hidrogjenit, materialeve lumineshente dhe lazer, materialeve bërthamore dhe fushave të tjera. Me zhvillimin e vazhdueshëm të materialeve kompozite, aplikimi i rrallë i tokës është zgjeruar edhe në fushën e materialeve kompozite, duke tërhequr vëmendje të gjerë në përmirësimin e vetive të ndërfaqes midis materialeve heterogjene.

Format kryesore të aplikimit të metaleve të rralla të tokës në përgatitjen e materialeve kompozite përfshijnë: ① shtiminmetale të rralla të tokëste materialet kompozite; ② Shtoni në formën eoksidet e tokës së rrallëte materiali kompozit; ③ Polimerët e dopuar ose të lidhur me metale të rralla të tokës në polimere përdoren si materiale matricë në materialet kompozite. Ndër tre format e mësipërme të aplikimit të metaleve të rralla, dy format e para shtohen kryesisht në kompozitin e matricës metalike, ndërsa e treta aplikohet kryesisht në kompozitët e matricës polimerike, dhe kompoziti i matricës qeramike shtohet kryesisht në formën e dytë.

Tokë e rrallëVepron kryesisht mbi matricën metalike dhe kompozitin e matricës qeramike në formën e aditivëve, stabilizuesve dhe aditivëve të sinterimit, duke përmirësuar shumë performancën e tyre, duke ulur kostot e prodhimit dhe duke e bërë të mundur aplikimin e tij industrial.

Shtimi i elementëve të rrallë të tokës si aditivë në materialet kompozite luan kryesisht një rol në përmirësimin e performancës ndërfaqësore të materialeve kompozite dhe në nxitjen e rafinimit të kokrrizave të matricës metalike. Mekanizmi i veprimit është si më poshtë.

① Përmirësoni lagështësinë midis matricës metalike dhe fazës përforcuese. Elektronegativiteti i elementëve të rrallë të tokës është relativisht i ulët (sa më i vogël të jetë elektronegativiteti i metaleve, aq më aktiv është elektronegativiteti i jometaleve). Për shembull, La është 1.1, Ce është 1.12 dhe Y është 1.22. Elektronegativiteti i metalit bazë të zakonshëm Fe është 1.83, Ni është 1.91 dhe Al është 1.61. Prandaj, elementët e rrallë të tokës do të adsorbohen në mënyrë preferenciale në kufijtë e kokrrizave të matricës metalike dhe fazës përforcuese gjatë procesit të shkrirjes, duke zvogëluar energjinë e tyre të ndërfaqes, duke rritur punën e ngjitjes së ndërfaqes, duke zvogëluar këndin e lagështimit dhe duke përmirësuar kështu lagështësinë midis matricës dhe fazës përforcuese. Hulumtimet kanë treguar se shtimi i elementit La në matricën e aluminit përmirëson në mënyrë efektive lagështueshmërinë e AlO dhe lëngut të aluminit, dhe përmirëson mikrostrukturën e materialeve kompozite.

② Nxitja e rafinimit të kokrrizave të matricës metalike. Tretshmëria e elementëve të rrallë të tokës në kristalin metalik është e vogël, sepse rrezja atomike e elementëve të rrallë të tokës është e madhe, dhe rrezja atomike e matricës metalike është relativisht e vogël. Hyrja e elementëve të rrallë të tokës me rreze më të madhe në rrjetën e matricës do të shkaktojë shtrembërim të rrjetës, gjë që do të rrisë energjinë e sistemit. Për të ruajtur energjinë më të ulët të lirë, atomet e rrallë të tokës mund të pasurohen vetëm drejt kufijve të parregullt të kokrrizave, gjë që deri diku pengon rritjen e lirë të kokrrizave të matricës. Në të njëjtën kohë, elementët e rrallë të pasuruar të tokës do të adsorbojnë edhe elementë të tjerë të aliazhit, duke rritur gradientin e përqendrimit të elementëve të aliazhit, duke shkaktuar nënftohje lokale të komponentëve dhe duke rritur efektin e bërthamëzimit heterogjen të matricës metalike të lëngshme. Përveç kësaj, nënftohja e shkaktuar nga ndarja elementare mund të nxisë gjithashtu formimin e komponimeve të ndara dhe të bëhet grimca efektive heterogjene të bërthamëzimit, duke nxitur kështu rafinimin e kokrrizave të matricës metalike.

③ Pastroni kufijtë e kokrrizave. Për shkak të afinitetit të fortë midis elementëve të rrallë të tokës dhe elementëve të tillë si O, S, P, N, etj., energjia standarde e lirë e formimit për oksidet, sulfidet, fosfidet dhe nitridet është e ulët. Këto komponime kanë një pikë të lartë shkrirjeje dhe dendësi të ulët, disa prej të cilave mund të hiqen duke notuar lart nga lëngu i aliazhit, ndërsa të tjerat shpërndahen në mënyrë të barabartë brenda kokrrizave, duke zvogëluar ndarjen e papastërtive në kufirin e kokrrizave, duke pastruar kështu kufirin e kokrrizave dhe duke përmirësuar fortësinë e tyre.

Duhet theksuar se, për shkak të aktivitetit të lartë dhe pikës së ulët të shkrirjes së metaleve të rralla tokësore, kur ato shtohen në kompozitin e matricës metalike, kontakti i tyre me oksigjenin duhet të kontrollohet posaçërisht gjatë procesit të shtimit.

Një numër i madh praktikash kanë vërtetuar se shtimi i oksideve të rralla të tokës si stabilizues, ndihmës për sinterim dhe modifikues dopingu në matrica të ndryshme metalike dhe kompozite të matricave qeramike mund të përmirësojë shumë fortësinë dhe rezistencën e materialeve, të zvogëlojë temperaturën e tyre të sinterimit dhe kështu të zvogëlojë kostot e prodhimit. Mekanizmi kryesor i veprimit të tij është si më poshtë.

① Si një aditiv sinterimi, mund të nxisë sinterimin dhe të zvogëlojë porozitetin në materialet kompozite. Shtimi i aditivëve të sinterimit ka për qëllim gjenerimin e një faze të lëngshme në temperatura të larta, uljen e temperaturës së sinterimit të materialeve kompozite, pengimin e dekompozimit në temperaturë të lartë të materialeve gjatë procesit të sinterimit dhe marrjen e materialeve të dendura kompozite përmes sinterimit në fazë të lëngshme. Për shkak të stabilitetit të lartë, paqëndrueshmërisë së dobët në temperaturë të lartë dhe pikave të larta të shkrirjes dhe vlimit të oksideve të tokës së rrallë, ato mund të formojnë faza qelqi me lëndë të tjera të para dhe të nxisin sinterimin, duke i bërë ato një aditiv efektiv. Në të njëjtën kohë, oksidi i tokës së rrallë mund të formojë gjithashtu tretësirë ​​të ngurtë me matricën qeramike, e cila mund të gjenerojë defekte kristalore brenda, të aktivizojë rrjetën dhe të nxisë sinterimin.

② Përmirësimi i mikrostrukturës dhe rafinimi i madhësisë së kokrrizave. Për shkak të faktit se oksidet e shtuara të tokave të rralla ekzistojnë kryesisht në kufijtë e kokrrizave të matricës, dhe për shkak të vëllimit të tyre të madh, oksidet e tokave të rralla kanë rezistencë të lartë ndaj migrimit në strukturë, dhe gjithashtu pengojnë migrimin e joneve të tjerë, duke zvogëluar kështu shkallën e migrimit të kufijve të kokrrizave, duke penguar rritjen e kokrrizave dhe duke penguar rritjen jonormale të kokrrizave gjatë sinterimit në temperaturë të lartë. Ato mund të marrin kokrriza të vogla dhe uniforme, gjë që është e favorshme për formimin e strukturave të dendura; Nga ana tjetër, duke dopuar oksidet e tokave të rralla, ato hyjnë në fazën e qelqit kufitar të kokrrizave, duke përmirësuar forcën e fazës së qelqit dhe duke arritur kështu qëllimin e përmirësimit të vetive mekanike të materialit.

Elementet e rrallë të tokës në kompozitët e matricës polimerike ndikojnë kryesisht tek ato duke përmirësuar vetitë e matricës polimerike. Oksidet e rrallë të tokës mund të rrisin temperaturën e dekompozimit termik të polimereve, ndërsa karboksilatet e rrallë të tokës mund të përmirësojnë qëndrueshmërinë termike të klorurit të polivinilit. Dopimi i polistirenit me komponime të rrallë të tokës mund të përmirësojë qëndrueshmërinë e polistirenit dhe të rrisë ndjeshëm rezistencën e tij ndaj goditjes dhe rezistencën në përkulje.