Cili është ndikimi i oksideve të metaleve të rralla në veshjet qeramike?

Qeramika, materialet metalike dhe materialet polimerike renditen si tre materialet kryesore të ngurta. Qeramika ka shumë veti të shkëlqyera, të tilla si rezistenca ndaj temperaturave të larta, rezistenca ndaj korrozionit, rezistenca ndaj konsumimit, etj., sepse mënyra e lidhjes atomike të qeramikës është lidhje jonike, lidhje kovalente ose lidhje e përzier jon-kovalente me energji të lartë lidhjeje. Veshje qeramike mund të ndryshojë pamjen, strukturën dhe performancën e sipërfaqes së jashtme të substratit. Kompoziti veshje-substrat preferohet për performancën e tij të re. Ai mund të kombinojë organikisht karakteristikat origjinale të substratit me karakteristikat e rezistencës ndaj temperaturave të larta, rezistencës së lartë ndaj konsumimit dhe rezistencës së lartë ndaj korrozionit të materialeve qeramike, dhe t'i japë të gjitha avantazhet gjithëpërfshirëse të dy llojeve të materialeve, kështu që përdoret gjerësisht në hapësirën ajrore, aviacionin, mbrojtjen kombëtare, industrinë kimike dhe industri të tjera.

Toka e rrallë quhet "shtëpia e thesarit" të materialeve të reja, për shkak të strukturës së saj unike elektronike 4f ​​dhe vetive fizike dhe kimike. Megjithatë, metalet e pastra të tokës së rrallë përdoren rrallë drejtpërdrejt në kërkime, dhe kryesisht përdoren përbërjet e tokës së rrallë. Komponimet më të zakonshme janë CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS dhe ferrosilicioni i tokës së rrallë. Këto komponime të tokës së rrallë mund të përmirësojnë strukturën dhe vetitë e materialeve qeramike dhe veshjeve qeramike.

Zbatimi i oksideve të rralla të tokës në materialet qeramike

Shtimi i elementëve të rrallë të tokës si stabilizues dhe ndihmës për sinterim në qeramika të ndryshme mund të ulë temperaturën e sinterimit, të përmirësojë forcën dhe qëndrueshmërinë e disa qeramikës strukturore dhe kështu të ulë koston e prodhimit. Në të njëjtën kohë, elementët e rrallë të tokës luajnë gjithashtu një rol shumë të rëndësishëm në sensorët e gazit gjysmëpërçues, mediat mikrovalore, qeramikat piezoelektrike dhe qeramika të tjera funksionale. Hulumtimi zbuloi se, shtimi i dy ose më shumë oksideve të rrallë të tokës në qeramikën e aluminës së bashku është më i mirë sesa shtimi i një oksidi të vetëm të rrallë të tokës në qeramikën e aluminës. Pas testit të optimizimit, Y2O3 + CeO2 ka efektin më të mirë. Kur shtohet 0.2% Y2O3 + 0.2% CeO2 në 1490℃, dendësia relative e mostrave të sinteruara mund të arrijë 96.2%, që tejkalon dendësinë e mostrave me çdo oksid të rrallë të tokës Y2O3 ose CeO2 vetëm.

Efekti i La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 në nxitjen e sinterizimit është më i mirë se ai i shtimit vetëm të La2O3, dhe rezistenca ndaj konsumimit është dukshëm më e mirë. Gjithashtu tregon se përzierja e dy oksideve të rralla të tokës nuk është një shtim i thjeshtë, por ekziston një bashkëveprim midis tyre, i cili është më i dobishëm për sinterizimin dhe përmirësimin e performancës së qeramikës së aluminit, por parimi mbetet për t'u studiuar.

Përveç kësaj, është zbuluar se shtimi i oksideve të përziera të metaleve të rralla të tokës si ndihmës për sinterim mund të përmirësojë migrimin e materialeve, të nxisë sinterimin e qeramikës MgO dhe të përmirësojë dendësinë. Megjithatë, kur përmbajtja e oksidit të përzier të metaleve është më shumë se 15%, dendësia relative zvogëlohet dhe poroziteti i hapur rritet.

Së dyti, ndikimi i oksideve të metaleve të rralla në vetitë e veshjeve qeramike

Hulumtimet ekzistuese tregojnë se elementët e rrallë të tokës mund të përmirësojnë madhësinë e kokrrizave, të rrisin dendësinë, të përmirësojnë mikrostrukturën dhe të pastrojnë ndërfaqen. Ato luajnë një rol unik në përmirësimin e forcës, qëndrueshmërisë, fortësisë, rezistencës ndaj konsumimit dhe rezistencës ndaj korrozionit të veshjeve qeramike, gjë që përmirëson performancën e veshjeve qeramike në një farë mase dhe zgjeron gamën e aplikimit të veshjeve qeramike.

1

Përmirësimi i vetive mekanike të veshjeve qeramike nga oksidet e tokave të rralla

Oksidet e tokave të rralla mund të përmirësojnë ndjeshëm fortësinë, rezistencën ndaj përkuljes dhe rezistencën ndaj lidhjes në tërheqje të veshjeve qeramike. Rezultatet eksperimentale tregojnë se rezistencën ndaj tërheqjes së veshjes mund të përmirësohet në mënyrë efektive duke përdorur Lao_2 si aditiv në materialin Al2O3+3% TiO_2, dhe rezistencën ndaj lidhjes në tërheqje mund të arrijë 27.36MPa kur sasia e Lao_2 është 6.0%. Duke shtuar CeO2 me një fraksion masiv prej 3.0% dhe 6.0% në materialin Cr2O3, rezistencën ndaj lidhjes në tërheqje të veshjes e ka midis 18~25MPa, që është më e madhe se 12~16MPa origjinale. Megjithatë, kur përmbajtja e CeO2 është 9.0%, rezistencën ndaj lidhjes në tërheqje e zvogëlon në 12~15MPa.

2

Përmirësimi i rezistencës ndaj goditjes termike të veshjes qeramike nga toka të rralla

Testi i rezistencës ndaj goditjes termike është një test i rëndësishëm për të reflektuar në mënyrë cilësore forcën e ngjitjes midis veshjes dhe substratit dhe përputhjen e koeficientit të zgjerimit termik midis veshjes dhe substratit. Ai pasqyron drejtpërdrejt aftësinë e veshjes për t'i rezistuar zhveshjes kur temperatura ndryshon alternuar gjatë përdorimit, dhe gjithashtu pasqyron aftësinë e veshjes për t'i rezistuar lodhjes mekanike të goditjes dhe aftësinë e ngjitjes me substratin nga ana. Prandaj, është gjithashtu faktori kyç për të gjykuar cilësinë e veshjes qeramike.

Hulumtimi tregon se shtimi i 3.0%CeO2 mund të zvogëlojë porozitetin dhe madhësinë e poreve në veshje, si dhe të zvogëlojë përqendrimin e stresit në skajin e poreve, duke përmirësuar kështu rezistencën ndaj goditjes termike të veshjes Cr2O3. Megjithatë, poroziteti i veshjes qeramike Al2O3 u ul, dhe forca e lidhjes dhe jetëgjatësia e dështimit ndaj goditjes termike të veshjes u rritën ndjeshëm pas shtimit të LaO2. Kur sasia e shtuar e LaO2 është 6% (fraksioni masiv), rezistenca ndaj goditjes termike e veshjes është më e mira, dhe jetëgjatësia e dështimit ndaj goditjes termike mund të arrijë 218 herë, ndërsa jetëgjatësia e dështimit ndaj goditjes termike të veshjes pa LaO2 është vetëm 163 herë.

3

Oksidet e tokës së rrallë ndikojnë në rezistencën ndaj konsumimit të veshjeve

Oksidet e rrallë të tokës që përdoren për të përmirësuar rezistencën ndaj konsumimit të veshjeve qeramike janë kryesisht CeO2 dhe La2O3. Struktura e tyre gjashtëkëndore me shtresa mund të tregojë funksion të mirë lubrifikimi dhe të ruajë veti kimike të qëndrueshme në temperaturë të lartë, gjë që mund të përmirësojë në mënyrë efektive rezistencën ndaj konsumimit dhe të zvogëlojë koeficientin e fërkimit.

Hulumtimi tregon se koeficienti i fërkimit të veshjes me sasinë e duhur të CeO2 është i vogël dhe i qëndrueshëm. Është raportuar se shtimi i La2O3 në veshjen e cermetit me bazë nikeli të spërkatur me plazmë mund të zvogëlojë dukshëm konsumimin nga fërkimi dhe koeficientin e fërkimit të veshjes, dhe koeficienti i fërkimit është i qëndrueshëm me pak luhatje. Sipërfaqja e konsumimit të shtresës së veshjes pa tokë të rrallë tregon ngjitje serioze dhe thyerje dhe copëtim të brishtë. Megjithatë, veshja që përmban tokë të rrallë tregon ngjitje të dobët në sipërfaqen e konsumuar dhe nuk ka shenja të copëtimit të brishtë në sipërfaqe të madhe. Mikrostruktura e veshjes së dopuar me tokë të rrallë është më e dendur dhe më kompakte, dhe poret janë të reduktuara, gjë që zvogëlon forcën mesatare të fërkimit të mbajtur nga grimcat mikroskopike dhe zvogëlon fërkimin dhe veshjen. Dopimi i tokës së rrallë gjithashtu mund të rrisë distancën e planit kristalor të cermetit. Kjo çon në ndryshimin e forcës së bashkëveprimit midis dy faqeve të kristalit dhe zvogëlon koeficientin e fërkimit.

Përmbledhje:

Edhe pse oksidet e metaleve të rralla kanë arritur arritje të mëdha në aplikimin e materialeve dhe veshjeve qeramike, të cilat mund të përmirësojnë në mënyrë efektive mikrostrukturën dhe vetitë mekanike të materialeve dhe veshjeve qeramike, ka ende shumë veti të panjohura, veçanërisht në uljen e fërkimit dhe konsumimit. Mënyra se si të bëhet që rezistenca dhe rezistenca ndaj konsumimit të materialeve të bashkëpunojnë me vetitë e tyre lubrifikuese është bërë një drejtim i rëndësishëm i denjë për diskutim në fushën e tribologjisë.

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