Композиттик материалдарда сейрек кездешүүчү жерди колдонуу

колдонууRare EarthКомпозиттик материалдарда
Сейрек кездешүүчү элементтер уникалдуу 4f электрондук түзүлүшкө, чоң атомдук магниттик моментке, күчтүү спиндик байланышка жана башка мүнөздөмөлөргө ээ. Башка элементтер менен комплекстерди түзүүдө алардын координациялык саны 6дан 12ге чейин өзгөрүшү мүмкүн. Сейрек кездешүүчү кошулмалар ар түрдүү кристалл түзүлүшкө ээ. Сейрек кездешүүчү жердин өзгөчө физикалык жана химиялык касиеттери аларды жогорку сапаттагы болотту жана түстүү металлдарды, атайын айнек жана жогорку натыйжалуу керамика, туруктуу магниттик материалдарды, суутек сактоочу материалдарды, люминесценттик жана лазердик материалдарды, ядролук материалдарды эритүүдө кеңири колдонууга шарт түзөт. , жана башка талаалар. Композиттик материалдардын үзгүлтүксүз өнүгүшү менен сейрек кездешүүчү жерди колдонуу композиттик материалдар тармагына да жайылды, бул гетерогендик материалдардын ортосундагы интерфейстин касиеттерин жакшыртууга кеңири көңүл бурду.

Композиттик материалдарды даярдоодо сейрек кездешүүчү жерди колдонуунун негизги формаларына төмөнкүлөр кирет: ① кошуусейрек кездешүүчү металлдаркомпозициялык материалдарга; ② түрүндө кошуусейрек кездешүүчү жер оксиддерикомпозиттик материалга; ③ Полимерлерде сейрек кездешүүчү металлдар кошулган же кошулган полимерлер композиттик материалдарда матрицалык материалдар катары колдонулат. Сейрек кездешүүчү жерди колдонуунун жогорудагы үч формасынын ичинен биринчи эки форма көбүнчө металл матрицалык композитке кошулат, үчүнчүсү негизинен полимердик матрицалык композиттерге колдонулат, ал эми керамикалык матрицалык композит негизинен экинчи формада кошулат.

Сейрек жернегизинен металл матрицасына жана керамикалык матрицалык композитке кошумчалар, стабилизаторлор жана агломерациялоочу кошумчалар түрүндө таасир этет, алардын иштешин кыйла жакшыртат, өндүрүштүк чыгымдарды азайтат жана аны өнөр жайда колдонууга мүмкүндүк берет.

Композиттик материалдарга кошумча катары сейрек кездешүүчү элементтердин кошулушу, негизинен, композиттик материалдардын интерфейсинин иштешин жакшыртууда жана металл матрицалык бүртүкчөлөрүн тактоодо роль ойнойт. Иш-аракет механизми төмөнкүдөй.

① Металл матрицасы менен бекемдөө фазасынын ортосундагы нымдуулукту жакшыртыңыз. Сейрек кездешүүчү элементтердин электр терс касиеттери салыштырмалуу төмөн (металлдардын электр терс касиеттери канчалык аз болсо, металл эместердин электр терс касиеттери ошончолук активдүү болот). Мисалы, La 1,1, Ce 1,12, Y 1,22. Кадимки негизги металлдын Fe электр энергиясы 1,83, Ni 1,91, Al 1,61. Демек, сейрек кездешүүчү элементтер эритүү процессинде металл матрицасынын жана арматура фазасынын дан чектерине артыкчылыктуу адсорбцияланат, алардын интерфейс энергиясын азайтат, интерфейстин адгезия ишин жогорулатат, нымдоо бурчун азайтат жана ошону менен матрица ортосундагы нымдуулукту жакшыртат. жана бекемдөө фазасы. Изилдөөлөр көрсөткөндөй, алюминий матрицасына La элементин кошуу AlO жана алюминий суюктугунун нымдуулугун эффективдүү жакшыртат жана композиттик материалдардын микроструктурасын жакшыртат.

② Металл матрицалык бүртүкчөлөрүнүн тазаланышына көмөктөшүү. Сейрек кездешүүчү жердин металл кристаллында эригичтиги аз, анткени сейрек кездешүүчү элементтердин атомдук радиусу чоң, ал эми металл матрицасынын атомдук радиусу салыштырмалуу кичине. Радиусу чоңураак сейрек кездешүүчү элементтердин матрицанын торуна кириши тордун бурмаланышына алып келет, бул системанын энергиясын жогорулатат. Эң төмөнкү бош энергияны сактап калуу үчүн сейрек кездешүүчү жер атомдору дандардын туура эмес чектерине карай гана байыта алат, бул кандайдыр бир деңгээлде матрица бүртүкчөлөрүнүн эркин өсүшүнө тоскоолдук кылат. Ошол эле учурда, байытылган сейрек кездешүүчү элементтер башка эритме элементтерин да адсорбциялайт, эритме элементтеринин концентрациясынын градиентин жогорулатат, жергиликтүү компоненттин муздатуусун пайда кылат жана суюк металл матрицанын гетерогендүү ядролук эффектин күчөтөт. Мындан тышкары, элементардык сегрегациядан келип чыккан муздатуу да бөлүнүп кошулмалардын пайда болушуна көмөктөшүп, эффективдүү гетерогендүү нуклеация бөлүкчөлөрү болуп калышы мүмкүн, ошону менен металл матрицасынын бүртүкчөлөрүнүн тазаланышына көмөктөшөт.

③ Дан чектерин тазалоо. Сейрек кездешүүчү элементтер менен O, S, P, N, ж. Бул кошулмалар жогорку эрүү температурасына жана төмөн тыгыздыкка ээ, алардын кээ бирлери эритме суюктугунан өйдө калкып чыгып кетүүгө болот, ал эми башкалары дандын ичинде бир калыпта бөлүштүрүлүп, дандын чектеринде аралашмалардын бөлүнүшүн азайтат, ошону менен дандын чек арасын тазалайт жана анын күчүн жакшыртуу.

Белгилей кетчү нерсе, сейрек кездешүүчү металлдардын жогорку активдүүлүгүнө жана эрүү температурасынын төмөндүгүнө байланыштуу, алар металл матрицалык композитке кошулганда, кошуу процессинде алардын кычкылтек менен байланышы өзгөчө көзөмөлгө алынышы керек.

Көптөгөн практикалар сейрек кездешүүчү оксиддерди стабилизаторлор, агломерациялоочу каражаттар жана допинг-модификаторлор катары ар кандай металл матрицасына жана керамикалык матрицалык композицияга кошуу материалдардын бекемдигин жана бышыктыгын бир топ жакшыртат, алардын агломерация температурасын төмөндөтөт жана ошону менен өндүрүштүк чыгымдарды азайтат. Анын иш-аракетинин негизги механизми төмөнкүдөй.

① Агломерациялоочу кошумча катары, ал агломерацияга көмөктөшөт жана композиттик материалдардын көзөнөктүүлүгүн азайтат. Агломерациялоочу кошумчаларды кошуу жогорку температурада суюк фазаны түзүү, композиттик материалдардын агломерациялоо температурасын төмөндөтүү, агломерациялоо процессинде материалдардын жогорку температурада ажыроосун токтотуу жана суюк фазаны агломерациялоо аркылуу тыгыз композиттик материалдарды алуу болуп саналат. Сейрек кездешүүчү жер оксиддеринин жогорку туруктуулугуна, алсыз жогорку температуралык туруксуздугуна жана жогорку эрүү жана кайноо чекиттерине байланыштуу, алар башка чийки заттар менен айнек фазаларды түзүшү мүмкүн жана агломерацияга көмөктөшөт, бул аларды эффективдүү кошумча кылат. Ошол эле учурда, сейрек кездешүүчү жер оксиди керамикалык матрица менен катуу эритмени түзө алат, ал ичинде кристаллдык кемчиликтерди жаратып, торду иштетип, агломерацияга көмөктөшөт.

② Микроструктураны жакшыртуу жана дан өлчөмүн тактоо. Кошулган сейрек кездешүүчү жер оксиддери негизинен матрицанын бүртүкчөлөрүнүн чектеринде жайгашкандыктан жана алардын чоң көлөмүнөн улам сейрек кездешүүчү жер оксиддери структурасында миграциялык туруктуулукка ээ, ошондой эле башка иондордун миграциясына тоскоолдук кылып, ошону менен дандын чек араларынын миграциялык ылдамдыгы, дандын өсүшүнө бөгөт коюу жана жогорку температурада агломерациялоодо дандын анормалдуу өсүшүнө тоскоолдук кылуу. Алар жыш структуралардын пайда болушуна өбөлгө түзгөн майда жана бирдей дандарды ала алышат; Башка жагынан алганда, сейрек кездешүүчү жер оксиддерин допинг менен, алар айнек фазасынын бекемдигин жакшыртуу жана ошону менен материалдын механикалык касиеттерин жакшыртуу максатына жетүү, дан чек айнек фазасына кирет.

Полимердик матрицалык композиттердеги сейрек кездешүүчү элементтер аларга негизинен полимердик матрицанын касиеттерин жакшыртуу аркылуу таасир этет. Сейрек кездешүүчү оксиддер полимерлердин термикалык ажыроо температурасын жогорулата алат, ал эми сейрек кездешүүчү жер карбоксилаттары поливинилхлориддин жылуулук туруктуулугун жакшыртат. Сейрек кездешүүчү жер кошулмалары менен допингдик полистирол полистиролдун туруктуулугун жакшыртат жана анын таасирлүү күчүн жана ийилүүчү күчүн бир топ жогорулатат.