Welchen Einfluss haben Seltenerdoxide in Keramikbeschichtungen?

Als die drei wichtigsten Feststoffmaterialien werden Keramik, Metallwerkstoffe und Polymerwerkstoffe aufgeführt. Keramik verfügt über viele hervorragende Eigenschaften, wie z. B. hohe Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit usw., da der atomare Bindungsmodus von Keramik eine Ionenbindung, eine kovalente Bindung oder eine gemischte ionisch-kovalente Bindung mit hoher Bindungsenergie ist. Eine Keramikbeschichtung kann das Aussehen, die Struktur und die Leistung der Außenfläche des Substrats verändern. Der Verbund aus Beschichtung und Substrat wird wegen seiner neuen Leistung bevorzugt. Es kann die ursprünglichen Eigenschaften des Substrats organisch mit den Eigenschaften hoher Temperaturbeständigkeit, hoher Verschleißfestigkeit und hoher Korrosionsbeständigkeit keramischer Materialien kombinieren und die umfassenden Vorteile der beiden Arten von Materialien voll ausnutzen, sodass es in der Luft- und Raumfahrt weit verbreitet ist , Luftfahrt, Landesverteidigung, chemische Industrie und andere Branchen.

Seltene Erden werden aufgrund ihrer einzigartigen elektronischen 4f-Struktur sowie ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften als „Schatzhaus“ neuer Materialien bezeichnet. Allerdings werden reine Seltenerdmetalle selten direkt in der Forschung eingesetzt, meist werden Seltenerdverbindungen eingesetzt. Die häufigsten Verbindungen sind CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS und Seltenerd-Ferrosilizium. Diese Seltenerdverbindungen können die Struktur und Eigenschaften von Keramikmaterialien und Keramikbeschichtungen verbessern.

I Anwendung von Seltenerdoxiden in keramischen Materialien

Das Hinzufügen von Seltenerdelementen als Stabilisatoren und Sinterhilfsmitteln zu verschiedenen Keramiken kann die Sintertemperatur senken, die Festigkeit und Zähigkeit einiger Strukturkeramiken verbessern und somit die Produktionskosten senken. Gleichzeitig spielen Seltenerdelemente auch in Halbleitergassensoren, Mikrowellenmedien, piezoelektrischen Keramiken und anderen Funktionskeramiken eine sehr wichtige Rolle. Die Untersuchung ergab, dass die gemeinsame Zugabe von zwei oder mehr Seltenerdoxiden zu Aluminiumoxidkeramiken besser ist als die Zugabe eines einzelnen Seltenerdoxids zu Aluminiumoxidkeramiken. Nach dem Optimierungstest hat Y2O3+CeO2 die beste Wirkung. Wenn 0,2 % Y2O3 + 0,2 % CeO2 bei 1490 °C hinzugefügt werden, kann die relative Dichte gesinterter Proben 96,2 % erreichen, was die Dichte von Proben mit einem Seltenerdoxid Y2O3 oder CeO2 allein übersteigt.

Die Wirkung von La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 bei der Förderung des Sinterns ist besser als die der alleinigen Zugabe von La2O3, und die Verschleißfestigkeit wird offensichtlich verbessert. Es zeigt auch, dass das Mischen zweier Seltenerdoxide keine einfache Addition ist, sondern eine Wechselwirkung zwischen ihnen besteht, die sich vorteilhafter auf das Sintern und die Leistungsverbesserung von Aluminiumoxidkeramiken auswirkt, das Prinzip muss jedoch noch untersucht werden.

Darüber hinaus zeigt sich, dass der Zusatz von gemischten Seltenerdmetalloxiden als Sinterhilfsmittel die Materialmigration verbessern, das Sintern von MgO-Keramik fördern und die Dichte verbessern kann. Wenn jedoch der Gehalt an gemischtem Metalloxid mehr als 15 % beträgt, nimmt die relative Dichte ab und die offene Porosität nimmt zu.

Zweitens der Einfluss von Seltenerdoxiden auf die Eigenschaften von Keramikbeschichtungen

Vorhandene Forschungsergebnisse zeigen, dass Seltenerdelemente die Korngröße verfeinern, die Dichte erhöhen, die Mikrostruktur verbessern und die Grenzfläche reinigen können. Es spielt eine einzigartige Rolle bei der Verbesserung der Festigkeit, Zähigkeit, Härte, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit von Keramikbeschichtungen, wodurch die Leistung von Keramikbeschichtungen bis zu einem gewissen Grad verbessert und der Anwendungsbereich von Keramikbeschichtungen erweitert wird.

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Verbesserung der mechanischen Eigenschaften keramischer Beschichtungen durch Seltenerdoxide

Seltenerdoxide können die Härte, Biegefestigkeit und Zugfestigkeit von Keramikbeschichtungen deutlich verbessern. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die Zugfestigkeit der Beschichtung durch die Verwendung von Lao _ 2 als Zusatz in Al2O3 + 3 % TiO _ 2-Material effektiv verbessert werden kann und die Zugbindungsfestigkeit 27,36 MPa erreichen kann, wenn die Menge an Lao _ 2 6,0 beträgt %. Durch Zugabe von CeO2 mit einem Massenanteil von 3,0 % und 6,0 ​​% zu Cr2O3-Material liegt die Zugfestigkeit der Beschichtung zwischen 18 und 25 MPa, was größer ist als die ursprünglichen 12 bis 16 MPa. Wenn der CeO2-Gehalt jedoch 9,0 % beträgt, erhöht sich die Zugfestigkeit Die Haftfestigkeit sinkt auf 12–15 MPa.

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Verbesserung der Thermoschockbeständigkeit von Keramikbeschichtungen durch Seltene Erden

Der Thermoschockbeständigkeitstest ist ein wichtiger Test, um die Haftfestigkeit zwischen Beschichtung und Substrat und die Übereinstimmung des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Beschichtung und Substrat qualitativ widerzuspiegeln. Es spiegelt direkt die Fähigkeit der Beschichtung wider, einem Abblättern zu widerstehen, wenn sich die Temperatur während des Gebrauchs abwechselnd ändert, und spiegelt auch die Fähigkeit der Beschichtung wider, Ermüdung durch mechanische Stöße zu widerstehen, und die Bindungsfähigkeit mit dem Substrat von der Seite. Daher ist es auch der Schlüsselfaktor für die Beurteilung Qualität der Keramikbeschichtung.

Die Forschung zeigt, dass die Zugabe von 3,0 % CeO2 die Porosität und Porengröße in der Beschichtung verringern und die Spannungskonzentration am Rand der Poren verringern kann, wodurch die Thermoschockbeständigkeit der Cr2O3-Beschichtung verbessert wird. Allerdings nahm die Porosität der Al2O3-Keramikbeschichtung ab, und die Haftfestigkeit und die Lebensdauer der Beschichtung bei Thermoschockversagen nahmen nach der Zugabe von LaO2 offensichtlich zu. Wenn die Zugabemenge von LaO2 6 % (Massenanteil) beträgt, ist die Thermoschockbeständigkeit der Beschichtung am besten und die Thermoschock-Ausfalllebensdauer kann das 218-fache erreichen, während die Thermoschock-Ausfalllebensdauer der Beschichtung ohne LaO2 nur 163 beträgt mal.

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Seltenerdoxide beeinträchtigen die Verschleißfestigkeit von Beschichtungen

Die zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit von Keramikbeschichtungen verwendeten Seltenerdoxide sind hauptsächlich CeO2 und La2O3. Ihre sechseckige Schichtstruktur kann eine gute Schmierfunktion aufweisen und bei hohen Temperaturen stabile chemische Eigenschaften beibehalten, was die Verschleißfestigkeit wirksam verbessern und den Reibungskoeffizienten verringern kann.

Die Forschung zeigt, dass der Reibungskoeffizient der Beschichtung mit der richtigen Menge CeO2 klein und stabil ist. Es wurde berichtet, dass die Zugabe von La2O3 zu einer plasmagespritzten Cermet-Beschichtung auf Nickelbasis offensichtlich den Reibungsverschleiß und den Reibungskoeffizienten der Beschichtung reduzieren kann und der Reibungskoeffizient stabil ist und nur geringe Schwankungen aufweist. Die Verschleißoberfläche der Mantelschicht ohne seltene Erden weist eine starke Haftung sowie Sprödbruch und Abplatzungen auf. Die Beschichtung mit seltenen Erden weist jedoch eine schwache Haftung auf der abgenutzten Oberfläche auf und es gibt keine Anzeichen für großflächige spröde Abplatzungen. Die Mikrostruktur der mit seltenen Erden dotierten Beschichtung ist dichter und kompakter, und die Poren werden verkleinert, was die durchschnittliche Reibungskraft der mikroskopisch kleinen Partikel verringert und Reibung und Verschleiß verringert. Die Dotierung mit seltenen Erden kann auch den Kristallebenenabstand von Cermets vergrößern zur Änderung der Wechselwirkungskraft zwischen den beiden Kristallflächen und verringert den Reibungskoeffizienten.

Zusammenfassung:

Obwohl Seltenerdoxide große Erfolge bei der Anwendung von Keramikmaterialien und -beschichtungen erzielt haben, die die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften von Keramikmaterialien und -beschichtungen wirksam verbessern können, gibt es noch viele unbekannte Eigenschaften, insbesondere bei der Reduzierung von Reibung und Verschleiß.Wie man das herstellt Das Zusammenwirken von Festigkeit und Verschleißfestigkeit von Werkstoffen mit ihren Schmiereigenschaften ist zu einem wichtigen, diskussionswürdigen Bereich auf dem Gebiet der Tribologie geworden.

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