Tapassing fan seldsume ierde yn kompositmaterialen

Tapassing fanSeldsame ierdeyn Kompositmaterialen
Seldsume ierde-eleminten hawwe in unike 4f ​​elektroanyske struktuer, in grut atoommagnetysk momint, in sterke spinkoppeling en oare skaaimerken. By it foarmjen fan kompleksen mei oare eleminten kin har koördinaasjenûmer fariearje fan 6 oant 12. Seldsume ierdeferbiningen hawwe in ferskaat oan kristalstrukturen. De spesjale fysike en gemyske eigenskippen fan seldsume ierde-eleminten meitsje se in soad brûkt yn it smelten fan heechweardige stiel en non-ferro metalen, spesjaal glês en hege-prestaasje keramyk, permaninte magneetmaterialen, wetterstofopslachmaterialen, lumineszinte en lasermaterialen, nukleêre materialen en oare fjilden. Mei de trochgeande ûntwikkeling fan gearstalde materialen is de tapassing fan seldsume ierde-eleminten ek útwreide nei it mêd fan gearstalde materialen, wêrtroch't in soad omtinken jûn wurdt oan it ferbetterjen fan de ynterface-eigenskippen tusken heterogene materialen.

De wichtichste tapassingsfoarmen fan seldsume ierde yn 'e tarieding fan gearstalde materialen omfetsje: ① tafoegjenseldsume ierdmetalenoan gearstalde materialen; ② Tafoegje yn 'e foarm fanseldsume ierde oksidenoan it gearstalde materiaal; ③ Polymeren dopeare of bûn mei seldsume ierdemetalen yn polymearen wurde brûkt as matrixmaterialen yn gearstalde materialen. Fan 'e boppesteande trije foarmen fan tapassing fan seldsume ierden wurde de earste twa foarmen meast tafoege oan metaalmatrixkomposit, wylst de tredde benammen tapast wurdt op polymeermatrixkompositen, en de keramyske matrixkomposit wurdt benammen tafoege yn 'e twadde foarm.

Seldsame ierdewurket benammen op metaalmatrix en keramyske matrixkomposit yn 'e foarm fan tafoegings, stabilisators en sintertafoegings, wêrtroch't har prestaasjes sterk ferbettere wurde, produksjekosten fermindere wurde en de yndustriële tapassing mooglik wurdt.

De tafoeging fan seldsume ierde-eleminten as tafoegings yn gearstalde materialen spilet benammen in rol by it ferbetterjen fan 'e ynterfaceprestaasjes fan gearstalde materialen en it befoarderjen fan 'e ferfining fan metaalmatrixkorrels. It wurkingsmeganisme is as folget.

① Ferbetterje de wietberens tusken de metaalmatrix en de fersterkjende faze. De elektronegativiteit fan seldsume ierde-eleminten is relatyf leech (hoe lytser de elektronegativiteit fan metalen, hoe aktiver de elektronegativiteit fan net-metalen). Bygelyks, La is 1.1, Ce is 1.12, en Y is 1.22. De elektronegativiteit fan it gewoane basismetaal Fe is 1.83, Ni is 1.91, en Al is 1.61. Dêrom sille seldsume ierde-eleminten by foarkar adsorbearje oan 'e kerrelgrinzen fan' e metaalmatrix en de fersterkjende faze tidens it smeltproses, wêrtroch't har ynterface-enerzjy fermindere wurdt, it adhesionwurk fan 'e ynterface fergruttet, de wietmeitsjende hoeke fermindere wurdt, en dêrmei de wietberens tusken de matrix en de fersterkjende faze ferbetteret. Undersyk hat oantoand dat de tafoeging fan it La-elemint oan 'e aluminiummatrix de wietberens fan AlO en aluminiumfloeistof effektyf ferbetteret, en de mikrostruktuer fan gearstalde materialen ferbetteret.

② Befoarderje de ferfining fan metaalmatrixkorrels. De oplosberens fan seldsume ierde yn metaalkristallen is lyts, om't de atoomradius fan seldsume ierde-eleminten grut is, en de atoomradius fan metaalmatrix relatyf lyts is. De yngong fan seldsume ierde-eleminten mei in gruttere radius yn it matrixrooster sil roosterferfoarming feroarsaakje, wat de systeemenerzjy sil ferheegje. Om de leechste frije enerzjy te behâlden, kinne seldsume ierde-atomen allinich ferrike nei unregelmjittige kerrelgrinzen, wat yn in beskate mjitte de frije groei fan matrixkorrels hinderet. Tagelyk sille de ferrike seldsume ierde-eleminten ek oare legearing-eleminten adsorbearje, wêrtroch de konsintraasjegradiënt fan legearing-eleminten tanimt, wêrtroch lokale komponintûnderkuolling ûntstiet, en it heterogene nukleaasje-effekt fan 'e floeibere metaalmatrix fersterket. Derneist kin de ûnderkuolling feroarsake troch elemintêre segregaasje ek de foarming fan segregearre ferbiningen befoarderje en effektive heterogene nukleaasjepartikels wurde, wêrtroch't de ferfining fan 'e metaalmatrixkorrels befoardere wurdt.

③ Suverje kerrelgrinzen. Fanwegen de sterke affiniteit tusken seldsume ierde-eleminten en eleminten lykas O, S, P, N, ensfh., is de standert frije enerzjy fan foarming foar oksiden, sulfiden, fosfiden en nitriden leech. Dizze ferbiningen hawwe in heech smeltpunt en lege tichtheid, wêrfan guon fuorthelle wurde kinne troch omheech te driuwen út 'e legearingsfloeistof, wylst oaren lykmatig ferdield binne binnen de kerrel, wêrtroch't de segregaasje fan ûnreinheden oan 'e kerrelgrins ferminderet, wêrtroch't de kerrelgrins suvere wurdt en de sterkte ferbettere wurdt.

It moat opmurken wurde dat, fanwegen de hege aktiviteit en it lege smeltpunt fan seldsume ierdmetalen, as se tafoege wurde oan metaalmatrixkomposit, har kontakt mei soerstof spesjaal kontroleare wurde moat tidens it tafoegingsproses.

In grut tal praktiken hawwe bewiisd dat it tafoegjen fan seldsume ierde-oksiden as stabilisatoren, sinterhulpmiddels en dopingmodifikatoaren oan ferskate metaalmatriks- en keramykmatrikskompositen de sterkte en taaiheid fan materialen sterk ferbetterje kin, har sintertemperatuer ferminderje kin en sa de produksjekosten ferminderje kin. It wichtichste meganisme fan syn wurking is as folget.

① As sintertafoeging kin it sinterjen befoarderje en porositeit yn gearstalde materialen ferminderje. De tafoeging fan sintertafoegings is om in floeibere faze te generearjen by hege temperatueren, de sintertemperatuer fan gearstalde materialen te ferminderjen, de ûntbining fan materialen by hege temperatuer tidens it sinterproses te remmen, en tichte gearstalde materialen te krijen troch floeibere faze-sinterjen. Fanwegen de hege stabiliteit, swakke flechtigens by hege temperatuer, en hege smelt- en siedpunten fan seldsume ierde-oksiden, kinne se glêsfazen foarmje mei oare grûnstoffen en sinterjen befoarderje, wêrtroch't se in effektive tafoeging binne. Tagelyk kin it seldsume ierde-okside ek in fêste oplossing foarmje mei de keramyske matrix, wat kristaldefekten binnen kin generearje, it roaster aktivearje en sinterjen befoarderje.

② Ferbetterje de mikrostruktuer en ferfine de kerrelgrutte. Troch it feit dat de tafoege seldsume ierde-oksiden benammen oanwêzich binne by de kerrelgrinzen fan 'e matriks, en fanwegen har grutte folume, hawwe seldsume ierde-oksiden in hege migraasjeresistinsje yn 'e struktuer, en hinderje se ek de migraasje fan oare ioanen, wêrtroch't de migraasjesnelheid fan kerrelgrinzen ferminderet, de kerrelgroei remt en de abnormale groei fan kerrels by sinterjen op hege temperatuer hinderet. Se kinne lytse en unifoarme kerrels krije, wat geunstich is foar de foarming fan tichte struktueren; Oan 'e oare kant, troch it dopjen fan seldsume ierde-oksiden, komme se yn 'e kerrelgrinsglêsfaze, wêrtroch't de sterkte fan 'e glêsfaze ferbetteret en sa it doel berikt wurdt om de meganyske eigenskippen fan it materiaal te ferbetterjen.

Seldsume ierde-eleminten yn polymearmatrixkompositen beynfloedzje se benammen troch de eigenskippen fan 'e polymearmatrix te ferbetterjen. Seldsume ierde-oksiden kinne de termyske ûntbiningstemperatuer fan polymearen ferheegje, wylst seldsume ierde-karboksylaten de termyske stabiliteit fan polyvinylchloride kinne ferbetterje. Doping fan polystyreen mei seldsume ierde-ferbiningen kin de stabiliteit fan polystyreen ferbetterje en de ympaktsterkte en bûgingssterkte signifikant ferheegje.