Aplikimi i tokës së rrallë në materialet e përbëra

Aplikimi iTokë e rrallënë Materialet e Përbëra
Elementet e tokës së rrallë kanë strukturë unike elektronike 4f, moment të madh magnetik atomik, bashkim të fortë rrotullimi dhe karakteristika të tjera. Kur formohen komplekse me elementë të tjerë, numri i tyre i koordinimit mund të ndryshojë nga 6 në 12. Përbërjet e tokës së rrallë kanë një shumëllojshmëri strukturash kristalore. Vetitë e veçanta fizike dhe kimike të tokave të rralla i bëjnë ato të përdoren gjerësisht në shkrirjen e çelikut të cilësisë së lartë dhe metaleve me ngjyra, qelqit special dhe qeramikës me performancë të lartë, materialeve magnetike të përhershme, materialeve të ruajtjes së hidrogjenit, materialeve lumineshente dhe lazer, materialeve bërthamore. , dhe fusha të tjera. Me zhvillimin e vazhdueshëm të materialeve të përbëra, aplikimi i tokave të rralla është zgjeruar edhe në fushën e materialeve të përbëra, duke tërhequr vëmendjen e gjerë në përmirësimin e vetive të ndërfaqes midis materialeve heterogjene.

Format kryesore të aplikimit të tokës së rrallë në përgatitjen e materialeve të përbëra përfshijnë: ① shtiminmetale të rralla të tokëste materialet e përbëra; ② Shto në formën eoksidet e rralla të tokëste materiali i përbërë; ③ Polimeret e dopuar ose të lidhur me metale të rralla të tokës në polimere përdoren si materiale matricë në materialet e përbëra. Ndër tre format e mësipërme të aplikimit të tokave të rralla, dy format e para i shtohen më së shumti përbërjes së matricës metalike, ndërsa e treta kryesisht aplikohet te kompozitat e matricës polimer, dhe kompoziti i matricës qeramike kryesisht shtohet në formën e dytë.

Tokë e rrallëkryesisht vepron në matricën metalike dhe përbërjen e matricës qeramike në formën e aditivëve, stabilizuesve dhe aditivëve sinterues, duke përmirësuar shumë performancën e tyre, duke ulur kostot e prodhimit dhe duke bërë të mundur aplikimin e tij industrial.

Shtimi i elementeve të tokës së rrallë si aditivë në materialet e përbëra kryesisht luan një rol në përmirësimin e performancës së ndërfaqes së materialeve të përbëra dhe promovimin e rafinimit të kokrrave të matricës metalike. Mekanizmi i veprimit është si më poshtë.

① Përmirësoni lagështimin midis matricës metalike dhe fazës përforcuese. Elektronegativiteti i elementeve të tokës së rrallë 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 tokës së rrallë do të absorbohen në mënyrë preferenciale në kufijtë e kokrrizave të matricës metalike dhe fazës së përforcimit gjatë procesit të shkrirjes, duke reduktuar energjinë e ndërfaqes së tyre, duke rritur punën e ngjitjes së ndërfaqes, duke zvogëluar këndin e njomjes dhe në këtë mënyrë duke përmirësuar lagështimin midis matricës. dhe faza e përforcimit. Hulumtimet kanë treguar se shtimi i elementit La në matricën e aluminit përmirëson në mënyrë efektive lagështimin e AlO dhe lëngut të aluminit dhe përmirëson mikrostrukturën e materialeve të përbëra.

② Promovoni përsosjen e kokrrave të matricës metalike. Tretshmëria e tokës së rrallë në kristal metalik është e vogël, sepse rrezja atomike e elementeve të tokës së rrallë është e madhe, dhe rrezja atomike e matricës metalike është relativisht e vogël. Hyrja e elementeve të tokës së rrallë 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 tokës së rrallë mund të pasurohen vetëm drejt kufijve të parregullt të kokrrizave, gjë që në një farë mase pengon rritjen e lirë të kokrrave të matricës. Në të njëjtën kohë, elementët e pasuruar të tokës së rrallë do të thithin edhe elementë të tjerë të aliazhit, duke rritur gradientin e përqendrimit të elementeve të aliazhit, duke shkaktuar nënftohje të komponentëve lokalë dhe duke rritur efektin heterogjen të bërthamës së matricës së metalit të lëngshëm. Përveç kësaj, nënftohja e shkaktuar nga ndarja elementare mund të nxisë gjithashtu formimin e përbërjeve të ndara dhe të bëhet grimca bërthamore heterogjene efektive, duke nxitur kështu rafinimin e kokrrave të matricës metalike.

③ Pastroni kufijtë e grurit. Për shkak të afinitetit të fortë midis elementeve të tokës së rrallë 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 shkrirjeje të lartë dhe densitet të ulët, disa prej të cilave mund të hiqen duke notuar lart nga lëngu i aliazhit, ndërsa të tjerët shpërndahen në mënyrë të barabartë brenda kokrrës, duke reduktuar ndarjen e papastërtive në kufirin e kokrrizave, duke pastruar kështu kufirin e kokrrizave dhe duke përmirësuar forcën e saj.

Duhet të theksohet se, për shkak të aktivitetit të lartë dhe pikës së ulët të shkrirjes së metaleve të rralla të tokës, kur ato shtohen në përbërjen 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 tokës së rrallë si stabilizues, ndihmues për sinterimin dhe modifikues të dopingut në matricë të ndryshme metalike dhe përbërje të matricës qeramike mund të përmirësojë shumë forcën dhe qëndrueshmërinë e materialeve, të zvogëlojë temperaturën e tyre të shkrirjes dhe në këtë mënyrë të zvogëlojë kostot e prodhimit. Mekanizmi kryesor i veprimit të tij është si më poshtë.

① Si një aditiv sinterues, ai mund të nxisë sinterimin dhe të zvogëlojë porozitetin në materialet e përbëra. Shtimi i aditivëve të sinterimit është për të gjeneruar një fazë të lëngshme në temperatura të larta, për të zvogëluar temperaturën e sinterimit të materialeve të përbëra, për të penguar dekompozimin në temperaturë të lartë të materialeve gjatë procesit të sinterimit dhe për të marrë materiale të dendura të përbëra 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 rralla të tokës, ato mund të formojnë faza qelqi me lëndë të tjera të para dhe të nxisin shkrirjen, duke i bërë ato një shtesë efektive. Në të njëjtën kohë, oksidi i tokës së rrallë mund të formojë gjithashtu një zgjidhje të ngurtë me matricën qeramike, e cila mund të gjenerojë defekte kristalore brenda, të aktivizojë rrjetën dhe të nxisë sinterimin.

② Përmirësoni mikrostrukturën dhe përmirësoni madhësinë e kokrrizave. Për shkak të faktit se oksidet e tokës të rralla të shtuara kryesisht ekzistojnë në kufijtë e kokrrizave të matricës, dhe për shkak të vëllimit të tyre të madh, oksidet e tokës së rrallë kanë rezistencë të lartë migrimi në strukturë, dhe gjithashtu pengojnë migrimin e joneve të tjerë, duke reduktuar kështu shkalla e migrimit të kufijve të kokrrave, duke penguar rritjen e kokrrave dhe duke penguar rritjen jonormale të kokrrave gjatë sinterizimit në temperaturë të lartë. Ata mund të marrin kokrra të vogla dhe uniforme, gjë që është e favorshme për formimin e strukturave të dendura; Nga ana tjetër, duke dopinguar oksidet e tokës së rrallë, ato hyjnë në fazën e qelqit kufitar të kokrrizave, duke përmirësuar forcën e fazës së qelqit dhe duke arritur kështu qëllimin për përmirësimin e vetive mekanike të materialit.

Elementet e rralla të tokës në përbërjet e matricës polimer kryesisht ndikojnë në to duke përmirësuar vetitë e matricës polimer. Oksidet e tokës së rrallë mund të rrisin temperaturën e dekompozimit termik të polimereve, ndërsa karboksilatet e tokës së rrallë mund të përmirësojnë stabilitetin termik të klorurit polivinil. Polistireni i dopingut me komponime tokash të rralla mund të përmirësojë qëndrueshmërinë e polistirenit dhe të rrisë ndjeshëm forcën e tij në ndikim dhe forcën e përkuljes.