Anwendung von Seltenerde in Verbundwerkstoffen

Anwendung vonSeltene Erdein Verbundwerkstoffen
Seltenerdelemente haben eine einzigartige elektronische 4F -Struktur, ein großes atomisches magnetisches Moment, eine starke Spinkopplung und andere Eigenschaften. Bei der Bildung von Komplexen mit anderen Elementen kann ihre Koordinationszahl von 6 bis 12 variieren. Seltene erdverbindungen haben eine Vielzahl von Kristallstrukturen. Die besonderen physikalischen und chemischen Eigenschaften von Seltenen erden machen sie häufig zum Schmelzen hochwertiger Stahl- und Nichteisen-Metalle, spezieller Glas- und Hochleistungskeramik, permanenten Magnetmaterialien, Wasserstoffspeichermaterialien, Lumineszenz- und Lasermaterialien, Kernmaterialien und anderen Feldern. Mit der kontinuierlichen Entwicklung von Verbundwerkstoffen hat sich die Anwendung von Seltenen erds auch auf das Gebiet der Verbundwerkstoffe erweitert, wodurch sich die Grenzflächeneigenschaften zwischen heterogenen Materialien weit verbreitet aufmerksam gemacht hat.

Zu den Hauptantragsformen von Seltenerde bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen gehören: ① AdditionSeltene erdmetallezu Verbundwerkstoffen; ② In Form von hinzufügenSeltenerdoxidezum Verbundmaterial; ③ Polymere dotiert oder mit Seltenerdmetallen in Polymeren gebunden werden als Matrixmaterial in Verbundwerkstoffen. Unter den obigen drei Formen der Anwendung von Seltenerd werden die ersten beiden Formen hauptsächlich zum Metallmatrixverbund hinzugefügt, während die dritte hauptsächlich auf Polymermatrixverbundwerkstoffe angewendet wird und der Keramikmatrixverbundstoff hauptsächlich in der zweiten Form hinzugefügt wird.

Seltene ErdeWirkt sich hauptsächlich auf Metallmatrix und Keramikmatrixverbund in Form von Zusatzstoffen, Stabilisatoren und Sinterzusatzstoffen, die ihre Leistung erheblich verbessern, die Produktionskosten senken und ihre industrielle Anwendung ermöglichen.

Die Zugabe von Seltenerdelementen als Additive in Verbundwerkstoffen spielt hauptsächlich eine Rolle bei der Verbesserung der Grenzflächenleistung von Verbundwerkstoffen und der Förderung der Verfeinerung von Metallmatrixkörnern. Der Wirkmechanismus ist wie folgt.

① Verbessern Sie die Benetzbarkeit zwischen der Metallmatrix und der Verstärkungsphase. Die Elektronegativität von Seltenerdelementen ist relativ niedrig (je kleiner die Elektronegativität von Metallen, desto aktiver die Elektronegativität von Nichtmetallen). Zum Beispiel ist LA 1,1, CE 1,12 und Y 1,22. Die Elektronegativität des gemeinsamen Basismetalls beträgt 1,83, Ni 1,91 und Al 1,61. Daher adsorbieren Seltenerdelemente während des Schmelzprozesses bevorzugt die Korngrenzen der Metallmatrix und die Verstärkungsphase, wodurch ihre Grenzflächenenergie verringert wird, wodurch die Haftung der Grenzfläche erhöht wird, wodurch der Benetzungswinkel verringert wird und damit die Aufgaben zwischen der Matrix und der Verstärkungsphase verbessert wird. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Zugabe von LA -Elementen zur Aluminiummatrix die Benetzbarkeit von ALO- und Aluminiumflüssigkeit effektiv verbessert und die Mikrostruktur von Verbundwerkstoffen verbessert.

② Fördern Sie die Verfeinerung von Metallmatrixkörnern. Die Löslichkeit von Seltenerde in Metallkristall ist gering, da der Atomradius der Seltenerdelemente groß ist und der Atomradius der Metallmatrix relativ klein ist. Der Eintritt von Seltenerdelementen mit einem größeren Radius in das Matrixgitter führt zu einer Gitterverzerrung, die die Systemenergie erhöht. Um die niedrigste freie Energie aufrechtzuerhalten, können Seltenerdatome nur zu unregelmäßigen Korngrenzen bereichern, was in gewissem Maße das freie Wachstum von Matrixkörnern behindert. Gleichzeitig werden die angereicherten Seltenerdelemente auch andere Legierungselemente adsorbieren, wodurch der Konzentrationsgradient von Legierungselementen erhöht wird, wodurch die Unterkühlung der lokalen Komponente führt und die heterogene Keimbildungseffekt der Flüssigmetallmatrix verbessert. Darüber hinaus kann die durch elementaren Segregation verursachte Unterkühlung auch die Bildung getrennter Verbindungen fördern und zu effektivem heterogenen Keimbildungspartikeln werden, wodurch die Verfeinerung der Metallmatrixkörner fördert.

③ Korngrenzen reinigen. Aufgrund der starken Affinität zwischen Seltenerdelementen und Elementen wie O, S, P, N usw. Diese Verbindungen haben einen hohen Schmelzpunkt und eine niedrige Dichte, von denen einige durch Aufschweben aus der Legierungsflüssigkeit entfernt werden können, während andere gleichmäßig innerhalb des Getreide verteilt sind, wodurch die Trennung von Verunreinigungen an der Korngrenze verringert wird, wodurch die Korngrenze gereinigt und ihre Stärke verbessert wird.

Es ist zu beachten, dass aufgrund der hohen Aktivität und des niedrigen Schmelzpunkts von Seltenerdmetallen, wenn sie zu Metallmatrixverbundstoff hinzugefügt werden, ihr Kontakt mit Sauerstoff während des Additionsprozesses speziell gesteuert werden muss.

Eine große Anzahl von Praktiken hat gezeigt, dass das Hinzufügen von Seltenerdoxiden als Stabilisatoren, Sinterhilfen und Doping -Modifikatoren zu verschiedenen Metallmatrix und Keramikmatrixverbund das Feststoff und die Zähigkeit von Materialien erheblich verbessern, ihre Sintertemperatur reduzieren und somit die Produktionskosten senken. Der Hauptmechanismus seiner Wirkung ist wie folgt.

① Als Sinterzusatz kann es das Sintern fördern und die Porosität in Verbundwerkstoffen verringern. Die Zugabe von Sinternadditiven besteht darin, bei hohen Temperaturen eine flüssige Phase zu erzeugen, die Sintertemperatur von Verbundwerkstoffen zu reduzieren, die Hochtemperatur-Zersetzung von Materialien während des Sinterprozesses zu hemmen und dich durch flüssiges Phasensintering dichtes Verbundmaterial zu erhalten. Aufgrund der hohen Stabilität, der schwachen Hochtemperaturvolatilität und der hohen Schmelz- und Siedepunkte von Seltenerdoxiden können sie Glasphasen mit anderen Rohstoffen bilden und das Sintern fördern, was sie zu einem wirksamen Additiv macht. Gleichzeitig kann das Seltenerdoxid auch mit der Keramikmatrix feste Lösung bilden, die Kristalldefekte im Inneren erzeugen, das Gitter aktivieren und das Sintern fördern.

② Die Mikrostruktur verbessern und die Korngröße verfeinern. Aufgrund der Tatsache, dass die zugesetzten Seltenen Erdoxide hauptsächlich an den Korngrenzen der Matrix existieren und aufgrund ihres großen Volumens eine hohe Migrationsresistenz in der Struktur aufweisen und auch die Migration anderer Ionen behindern, wodurch die Migrationsrate von Korngrenzen, die das Wachstum von Körnern, die Migrationsrate bei hohem Zielermichsgrenzen beeinträchtigt, das abnormische Wachstum von Körnern während des Wachstums von Körnern behindert, die das Abnormwachstum während des Sündens von Sünden des Morns hemmen. Sie können kleine und gleichmäßige Körner erhalten, was der Bildung dichter Strukturen förderlich ist. Andererseits betreten sie durch die Dotierung von seltenen Erdenoxiden in die Glasgrenze -Glasphase, die die Festigkeit der Glasphase verbessern und damit das Ziel erreichen, die mechanischen Eigenschaften des Materials zu verbessern.

Seltenerdelemente in Polymermatrixverbundwerkstoffen beeinflussen sie hauptsächlich, indem sie die Eigenschaften der Polymermatrix verbessern. Seltenerdoxide können die thermische Zersetzungstemperatur von Polymeren erhöhen, während Seltenerd -Carboxylate die thermische Stabilität von Polyvinylchlorid verbessern können. Doping Polystyrol mit Seltenerdverbindungen kann die Stabilität von Polystyrol verbessern und ihre Schlagfestigkeit und Biegefestigkeit erheblich erhöhen.