Uwendung vunRar Äerda Kompositmaterialien
Selten Äerdmetaller hunn eng eenzegaarteg 4f elektronesch Struktur, e groussen atomare Magnéitmoment, eng staark Spinkupplung an aner Charakteristiken. Wann se Komplexer mat aneren Elementer bilden, kann hir Koordinatiounszuel tëscht 6 an 12 variéieren. Selten Äerdmetallverbindunge hunn eng Vielfalt vu Kristallstrukturen. Déi speziell physikalesch a chemesch Eegeschafte vu seltenen Äerdmetaller maachen se wäit verbreet beim Schmëlze vu qualitativ héichwäertege Stol an Nichteisenmetaller, Spezialglas a héichperformanter Keramik, Permanentmagnetmaterialien, Waasserstoffspäichermaterialien, lumineszenten a Lasermaterialien, nuklearen Materialien an aner Beräicher. Mat der kontinuéierlecher Entwécklung vu Kompositmaterialien huet sech d'Uwendung vu seltenen Äerdmetaller och am Beräich vun de Kompositmaterialien erweidert, wat vill Opmierksamkeet op d'Verbesserung vun den Grenzflächeneigenschaften tëscht heterogenen Materialien op sech gezunn huet.
Déi wichtegst Uwendungsforme vu seltenen Äerden an der Virbereedung vu Kompositmaterialien sinn: ① Zousazselten Äerdmetallerzu Kompositmaterialien; ② A Form vun derbäisetzenselten Äerdoxidenzum Kompositmaterial; ③ Polymeren, déi mat seltenen Äerdmetaller a Polymeren dotiert oder gebonnen sinn, ginn als Matrixmaterialien a Kompositmaterialien benotzt. Ënnert den uewe genannten dräi Forme vun der Uwendung vu seltenen Äerdmetaller ginn déi éischt zwou Forme meeschtens a Metallmatrixkomposit bäigefüügt, während déi drëtt haaptsächlech a Polymermatrixkomposite ugewannt gëtt, an de Keramikmatrixkomposit haaptsächlech an der zweeter Form bäigefüügt gëtt.
Selten Äerdwierkt haaptsächlech op Metallmatrix a Keramikmatrixkomposit a Form vun Additiven, Stabilisatoren a Sinteradditiven, wouduerch hir Leeschtung däitlech verbessert gëtt, d'Produktiounskäschte reduzéiert ginn a seng industriell Uwendung méiglech gëtt.
D'Zousätzlech vu seltenen Äerdelementer als Zousätz a Kompositmaterialien spillt haaptsächlech eng Roll bei der Verbesserung vun der Grenzflächeleistung vu Kompositmaterialien a bei der Fërderung vun der Verfeinerung vu Metallmatrixkären. De Wierkungsmechanismus ass wéi follegt.
① Verbessert d'Befeuchtbarkeet tëscht der Metallmatrix an der Verstäerkungsphase. D'Elektronegativitéit vun de seltenen Äerdelementer ass relativ niddreg (wat méi kleng d'Elektronegativitéit vun de Metaller ass, wat méi aktiv d'Elektronegativitéit vun den Netmetaller ass). Zum Beispill ass La 1,1, Ce 1,12 an Y 1,22. D'Elektronegativitéit vum Basismetall Fe ass 1,83, Ni 1,91 an Al 1,61. Dofir adsorbéiere selten Äerdelementer virzugsweis op de Käregrenze vun der Metallmatrix an der Verstäerkungsphase während dem Schmelzprozess, wouduerch hir Grenzflächenenergie reduzéiert gëtt, d'Adhäsiounsaarbecht vun der Grenzfläch erhéicht gëtt, de Befeuchtungswénkel reduzéiert gëtt an doduerch d'Befeuchtbarkeet tëscht der Matrix an der Verstäerkungsphase verbessert gëtt. Fuerschung huet gewisen, datt d'Zousätz vum La-Element zu der Aluminiummatrix effektiv d'Befeuchtbarkeet vun AlO an Aluminiumflëssegkeet verbessert an d'Mikrostruktur vu Kompositmaterialien verbessert.
② Fërdert d'Raffinéierung vu Metallmatrixkären. D'Léislechkeet vu seltenen Äerden am Metallkristall ass kleng, well den Atomradius vun de seltenen Äerden grouss ass, an den Atomradius vun der Metallmatrix relativ kleng ass. Den Antrëtt vu seltenen Äerden mat engem gréissere Radius an d'Matrixgitter féiert zu enger Gitterverzerrung, déi d'Systemenergie erhéicht. Fir déi niddregst fräi Energie ze erhalen, kënnen d'selten Äerdenatome sech nëmmen op onregelméisseg Kärgrenzen beräicheren, wat bis zu engem gewësse Grad de fräie Wuesstum vu Matrixkären behënnert. Gläichzäiteg adsorbéieren déi beräichert selten Äerden och aner Legierungselementer, wouduerch de Konzentratiounsgradient vun de Legierungselementer eropgeet, wouduerch eng lokal Komponentenënnerkillung verursaacht gëtt an den heterogenen Keimbildungseffekt vun der flësseger Metallmatrix verbessert gëtt. Zousätzlech kann d'Ënnerkillung, déi duerch d'Elementarsegregatioun verursaacht gëtt, och d'Bildung vu segregéierte Verbindungen förderen a effektiv heterogen Keimbildungspartikelen ginn, wouduerch d'Raffinéierung vun de Metallmatrixkären gefördert gëtt.
③ Reinigung vun de Käregrenzen. Wéinst der staarker Affinitéit tëscht seltenen Äerdelementer an Elementer wéi O, S, P, N, etc., ass déi Standardfräi Bildungsenergie fir Oxiden, Sulfiden, Phosphiden an Nitriden niddreg. Dës Verbindungen hunn en héije Schmelzpunkt an eng niddreg Dicht, vun deenen e puer ewechgeholl kënne ginn andeems se aus der Legierungsflëssegkeet eropschwëmmen, während aner gläichméisseg am Kär verdeelt sinn, wouduerch d'Trennung vun Ongereimtheeten op der Käregrenz reduzéiert gëtt, wouduerch d'Käregrenz gereinegt gëtt an hir Stäerkt verbessert gëtt.
Et sollt een bemierken, datt wéinst der héijer Aktivitéit an dem niddrege Schmelzpunkt vun de seltenen Erdemetaller, wa se zu Metallmatrixkomposit bäigefüügt ginn, hire Kontakt mat Sauerstoff während dem Zousazprozess speziell kontrolléiert muss ginn.
Eng grouss Zuel vu Praktiken huet bewisen, datt d'Zousätzlech vu seltenen Äerdoxiden als Stabilisatoren, Sinterhëllefsmëttel an Dotiermodifikatoren zu verschiddene Metallmatrix- a Keramikmatrixkompositen d'Festigkeit an d'Zähegkeet vu Materialien däitlech verbesseren, hir Sintertemperatur reduzéieren an doduerch d'Produktiounskäschte reduzéieren. Den Haaptmechanismus vun senger Wierkung ass wéi follegt.
① Als Sinteradditiv kann et d'Sinterung förderen an d'Porositéit a Kompositmaterialien reduzéieren. D'Zousätzlech vun Sinteradditiven ass et, eng flësseg Phas bei héijen Temperaturen ze generéieren, d'Sintertemperatur vu Kompositmaterialien ze reduzéieren, d'Héichtemperaturzersetzung vu Materialien während dem Sinterprozess ze hemmen an duerch flësseg Phas-Sinterung dicht Kompositmaterialien ze kréien. Wéinst der héijer Stabilitéit, der schwaacher Héichtemperaturvolatilitéit an den héije Schmelz- a Kachpunkten vun de seltenen Äerdoxiden kënne si Glasphasen mat anere Rohmaterialien bilden an d'Sinterung förderen, wat se zu engem effektiven Additiv mécht. Gläichzäiteg kann de seltenen Äerdoxid och eng fest Léisung mat der Keramikmatrix bilden, wat Kristalldefekter dobannen generéiere kann, de Gitter aktivéieren an d'Sinterung förderen.
② Verbesserung vun der Mikrostruktur a Verfeinerung vun der Käregréisst. Well déi bäigefüügt selten Äerdoxiden haaptsächlech un de Käregrenze vun der Matrix präsent sinn, an duerch hiert grousst Volumen, hunn d'Selten Äerdoxiden eng héich Migratiounswiderstand an der Struktur, an hënneren och d'Migratioun vun aneren Ionen, wouduerch d'Migratiounsquote vun de Käregrenze reduzéiert gëtt, d'Kärewuesstum hemmt an dat anormalt Wuesstum vu Kären beim Héichtemperatursinteren behënnert gëtt. Si kënne kleng an eenheetlech Kären kréien, wat zur Bildung vun dichten Strukturen bäidréit; op der anerer Säit, duerch d'Dotéierung vu seltenen Äerdoxiden, kommen se an d'Käregrenzglasphas, wouduerch d'Festigkeit vun der Glasphas verbessert gëtt an doduerch d'Zil erreecht gëtt, déi mechanesch Eegeschafte vum Material ze verbesseren.
Selten Äerdmetaller a Polymermatrix-Kompositen beaflossen se haaptsächlech andeems se d'Eegeschafte vun der Polymermatrix verbesseren. Selten Äerdmetalloxide kënnen d'thermesch Zersetzungstemperatur vu Polymeren erhéijen, während Selten Äerdmetallcarboxylater d'thermesch Stabilitéit vu Polyvinylchlorid verbesseren kënnen. D'Dotierung vu Polystyrol mat Selten Äerdmetallverbindungen kann d'Stabilitéit vu Polystyrol verbesseren an seng Schlagfestigkeit a Biegefestigkeit däitlech erhéijen.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 26. Abrëll 2023