Kakav je utjecaj oksida rijetkih zemalja na keramičke premaze?

Keramika, metalni materijali i polimerni materijali navedeni su kao tri glavna čvrsta materijala. Keramika ima mnoga odlična svojstva, kao što su otpornost na visoke temperature, otpornost na koroziju, otpornost na habanje itd., jer je način atomskog vezivanja keramike jonska veza, kovalentna veza ili miješana jonsko-kovalentna veza s visokom energijom veze. Keramički premaz može promijeniti izgled, strukturu i performanse vanjske površine podloge. Kompozit premaz-podloga je preferiran zbog svojih novih performansi. Može organski kombinirati originalne karakteristike podloge s karakteristikama otpornosti na visoke temperature, visoke otpornosti na habanje i visoke otpornosti na koroziju keramičkih materijala, te u potpunosti iskoristiti sveobuhvatne prednosti ove dvije vrste materijala, pa se široko koristi u zrakoplovstvu, avijaciji, nacionalnoj odbrani, hemijskoj industriji i drugim industrijama.

Rijetke zemlje se nazivaju "riznicom" novih materijala zbog svoje jedinstvene 4f elektronske strukture i fizičkih i hemijskih svojstava. Međutim, čisti rijetki metali se rijetko koriste direktno u istraživanjima, a uglavnom se koriste rijetki spojevi. Najčešći spojevi su CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS i rijetki ferosilicij. Ovi rijetki spojevi mogu poboljšati strukturu i svojstva keramičkih materijala i keramičkih premaza.

Primjena oksida rijetkih zemalja u keramičkim materijalima

Dodavanje rijetkozemnih elemenata kao stabilizatora i pomoćnih sredstava za sinterovanje različitim keramičkim materijalima može smanjiti temperaturu sinterovanja, poboljšati čvrstoću i žilavost nekih strukturnih keramičkih materijala i time smanjiti troškove proizvodnje. Istovremeno, rijetkozemni elementi također igraju vrlo važnu ulogu u poluprovodničkim senzorima plina, mikrovalnim medijima, piezoelektričnoj keramici i drugim funkcionalnim keramičkim materijalima. Istraživanje je pokazalo da je zajedničko dodavanje dva ili više rijetkozemnih oksida aluminijevoj keramici bolje od dodavanja jednog rijetkozemnog oksida aluminijevoj keramici. Nakon testa optimizacije, Y2O3 + CeO2 ima najbolji učinak. Kada se doda 0,2% Y2O3 + 0,2% CeO2 na 1490℃, relativna gustoća sinterovanih uzoraka može doseći 96,2%, što premašuje gustoću uzoraka s bilo kojim rijetkozemnim oksidom Y2O3 ili CeO2 samostalno.

Učinak La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 u poticanju sinterovanja je bolji od dodavanja samo La2O3, a otpornost na habanje je očigledno poboljšana. Također pokazuje da miješanje dvaju rijetkozemnih oksida nije jednostavno dodavanje, već postoji interakcija između njih, što je korisnije za sinterovanje i poboljšanje performansi aluminijeve keramike, ali princip tek treba proučiti.

Osim toga, utvrđeno je da dodavanje mješovitih oksida rijetkih zemalja kao pomoćnih sredstava za sinterovanje može poboljšati migraciju materijala, potaknuti sinterovanje MgO keramike i poboljšati gustoću. Međutim, kada je sadržaj mješovitih oksida metala veći od 15%, relativna gustoća se smanjuje, a otvorena poroznost se povećava.

Drugo, utjecaj oksida rijetkih zemalja na svojstva keramičkih premaza

Postojeća istraživanja pokazuju da elementi rijetkih zemalja mogu pročistiti veličinu zrna, povećati gustoću, poboljšati mikrostrukturu i pročistiti površinu. Igraju jedinstvenu ulogu u poboljšanju čvrstoće, žilavosti, tvrdoće, otpornosti na habanje i otpornosti na koroziju keramičkih premaza, što do određene mjere poboljšava performanse keramičkih premaza i proširuje raspon primjene keramičkih premaza.

1

Poboljšanje mehaničkih svojstava keramičkih premaza oksidima rijetkih zemalja

Oksidi rijetkih zemalja mogu značajno poboljšati tvrdoću, čvrstoću na savijanje i zateznu čvrstoću keramičkih premaza. Eksperimentalni rezultati pokazuju da se zatezna čvrstoća premaza može efikasno poboljšati korištenjem Lao_2 kao aditiva u materijalu Al2O3 + 3% TiO_2, a zatezna čvrstoća može doseći 27,36 MPa kada je količina Lao_2 6,0%. Dodavanjem CeO2 sa masenim udjelom od 3,0% i 6,0% u Cr2O3 materijal, zatezna čvrstoća premaza je između 18~25 MPa, što je više od originalnih 12~16 MPa. Međutim, kada je sadržaj CeO2 9,0%, zatezna čvrstoća veze se smanjuje na 12~15 MPa.

2

Poboljšanje otpornosti keramičkog premaza na termički udar od rijetkih zemalja

Ispitivanje otpornosti na termički udar je važan test koji kvalitativno odražava čvrstoću veze između premaza i podloge i usklađenost koeficijenta termičkog širenja između premaza i podloge. Direktno odražava sposobnost premaza da se odupre ljuštenju kada se temperatura naizmjenično mijenja tokom upotrebe, a također odražava sposobnost premaza da se odupre mehaničkom udarnom zamoru i sposobnosti vezivanja sa podlogom sa strane. Stoga je to također ključni faktor za procjenu kvalitete keramičkog premaza.

Istraživanje pokazuje da dodatak 3,0%CeO2 može smanjiti poroznost i veličinu pora u premazu, te smanjiti koncentraciju napona na rubovima pora, čime se poboljšava otpornost Cr2O3 premaza na termički udar. Međutim, poroznost Al2O3 keramičkog premaza se smanjila, a čvrstoća vezivanja i vijek trajanja premaza od termičkog udara su se značajno povećali nakon dodavanja LaO2. Kada je količina dodatka LaO2 6% (maseni udio), otpornost premaza na termički udar je najbolja, a vijek trajanja premaza od termičkog udara može doseći 218 puta, dok je vijek trajanja premaza bez LaO2 samo 163 puta veći.

3

Oksidi rijetkih zemalja utiču na otpornost premaza na habanje

Oksidi rijetkih zemalja koji se koriste za poboljšanje otpornosti na habanje keramičkih premaza uglavnom su CeO2 i La2O3. Njihova heksagonalna slojevita struktura može pokazati dobru funkciju podmazivanja i održavati stabilna hemijska svojstva na visokim temperaturama, što može efikasno poboljšati otpornost na habanje i smanjiti koeficijent trenja.

Istraživanje pokazuje da je koeficijent trenja premaza s odgovarajućom količinom CeO2 mali i stabilan. Prijavljeno je da dodavanje La2O3 plazma prskanom cermet premazu na bazi nikla može očigledno smanjiti habanje trenjem i koeficijent trenja premaza, a koeficijent trenja je stabilan s malim fluktuacijama. Površina obloge bez rijetkih zemalja pokazuje ozbiljno prianjanje i krhki lom i ljuštenje. Međutim, premaz koji sadrži rijetke zemlje pokazuje slabo prianjanje na istrošenu površinu i nema znakova krhkog ljuštenja na velikoj površini. Mikrostruktura premaza dopiranog rijetkim zemljama je gušća i kompaktnija, a pore su smanjene, što smanjuje prosječnu silu trenja koju nose mikroskopske čestice i smanjuje trenje i habanje. Dopiranje rijetkih zemalja također može povećati udaljenost kristalne ravni cermeta, što dovodi do promjene sile interakcije između dvije kristalne površine i smanjuje koeficijent trenja.

Sažetak:

Iako su oksidi rijetkih zemalja postigli velika dostignuća u primjeni keramičkih materijala i premaza, koji mogu efikasno poboljšati mikrostrukturu i mehanička svojstva keramičkih materijala i premaza, još uvijek postoje mnoga nepoznata svojstva, posebno u smanjenju trenja i habanja. Kako postići da čvrstoća i otpornost na habanje materijala sarađuju s njihovim svojstvima podmazivanja postao je važan smjer vrijedan diskusije u području tribologije.

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