Какав је утицај оксида ретких земаља на керамичке премазе?

Керамика, метални материјали и полимерни материјали су наведени као три главна чврста материјала. Керамика има многа одлична својства, као што су отпорност на високе температуре, отпорност на корозију, отпорност на хабање итд., јер је начин атомског везивања керамике јонска веза, ковалентна веза или мешовита јонско-ковалентна веза са високом енергијом везе. Керамички премаз може променити изглед, структуру и перформансе спољашње површине подлоге. Композит премаз-подлога је фаворизован због својих нових перформанси. Може органски комбиновати оригиналне карактеристике подлоге са карактеристикама отпорности на високе температуре, високе отпорности на хабање и високе отпорности на корозију керамичких материјала, и дати пуну предност свеобухватним предностима ове две врсте материјала, па се широко користи у ваздухопловству, авијацији, националној одбрани, хемијској индустрији и другим индустријама.

Ретки земни елементи се називају „ризницом“ нових материјала због своје јединствене 4f електронске структуре и физичких и хемијских својстава. Међутим, чисти ретки земни метали се ретко користе директно у истраживањима, а углавном се користе једињења ретких земних елемената. Најчешћа једињења су CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS и феросилицијум ретких земних елемената. Ова једињења ретких земних елемената могу побољшати структуру и својства керамичких материјала и керамичких премаза.

Примена оксида ретких земаља у керамичким материјалима

Додавање елемената ретких земаља као стабилизатора и помоћних средстава за синтеровање различитим керамичким материјалима може смањити температуру синтеровања, побољшати чврстоћу и жилавост неких структурних керамичких материјала и тиме смањити трошкове производње. Истовремено, елементи ретких земаља такође играју веома важну улогу у полупроводничким сензорима за гас, микроталасним медијима, пиезоелектричној керамици и другим функционалним керамичким материјалима. Истраживање је показало да је додавање два или више оксида ретких земаља у керамику од алуминије боље него додавање једног оксида ретких земаља у керамику од алуминије. Након теста оптимизације, Y2O3+CeO2 има најбољи ефекат. Када се дода 0,2%Y2O3+0,2%CeO2 на 1490℃, релативна густина синтерованих узорака може достићи 96,2%, што премашује густину узорака са било којим оксидом ретких земаља Y2O3 или CeO2 самим.

Ефекат La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 у подстицању синтеровања је бољи него додавање само La2O3, а отпорност на хабање је очигледно побољшана. Такође показује да мешање два оксида ретких земаља није једноставно додавање, већ постоји интеракција између њих, што је корисније за синтеровање и побољшање перформанси алуминијумске керамике, али принцип тек треба да се проучи.

Поред тога, утврђено је да додавање мешаних оксида ретких земних метала као помоћних средстава за синтеровање може побољшати миграцију материјала, подстаћи синтеровање MgO керамике и побољшати густину. Међутим, када је садржај мешаних оксида метала већи од 15%, релативна густина се смањује, а отворена порозност се повећава.

Друго, утицај оксида ретких земаља на својства керамичких премаза

Постојећа истраживања показују да ретки земни елементи могу да префине величину зрна, повећају густину, побољшају микроструктуру и пречисте површину. Они играју јединствену улогу у побољшању чврстоће, жилавости, тврдоће, отпорности на хабање и отпорности на корозију керамичких премаза, што донекле побољшава перформансе керамичких премаза и проширује опсег примене керамичких премаза.

1

Побољшање механичких својстава керамичких премаза оксидима ретких земаља

Оксиди ретких земаља могу значајно побољшати тврдоћу, чврстоћу на савијање и чврстоћу везивања на затезање керамичких премаза. Експериментални резултати показују да се чврстоћа везивања на затезање премаза може ефикасно побољшати употребом Lao_2 као адитива у материјалу Al2O3 + 3% TiO_2, а чврстоћа везивања на затезање може достићи 27,36 MPa када је количина Lao_2 6,0%. Додавањем CeO2 са масеним уделом од 3,0% и 6,0% у Cr2O3 материјал, чврстоћа везивања на затезање премаза је између 18~25 MPa, што је више од оригиналних 12~16 MPa. Међутим, када је садржај CeO2 9,0%, чврстоћа везивања на затезање се смањује на 12~15 MPa.

2

Побољшање отпорности керамичког премаза на термички удар од ретких земаља

Тест отпорности на термички удар је важан тест који квалитативно одражава чврстоћу везивања између премаза и подлоге и усклађеност коефицијента термичког ширења између премаза и подлоге. Он директно одражава способност премаза да се одупре љуштењу када се температура наизменично мења током употребе, а такође одражава способност премаза да се одупре механичком ударном замору и способности везивања са подлогом са стране. Стога је то такође кључни фактор за процену квалитета керамичког премаза.

Истраживање показује да додатак 3,0%CeO2 може смањити порозност и величину пора у премазу, као и смањити концентрацију напона на ивицама пора, чиме се побољшава отпорност премаза Cr2O3 на термички удар. Међутим, порозност керамичког премаза Al2O3 се смањила, а чврстоћа везивања и век трајања премаза услед термичког удара су се значајно повећали након додавања LaO2. Када је додата количина LaO2 6% (масена фракција), отпорност премаза на термички удар је најбоља, а век трајања премаза услед термичког удара може достићи 218 пута, док је век трајања премаза без LaO2 само 163 пута већи.

3

Оксиди ретких земаља утичу на отпорност премаза на хабање

Реткоземни оксиди који се користе за побољшање отпорности на хабање керамичких премаза су углавном CeO2 и La2O3. Њихова хексагонална слојевита структура може показати добру функцију подмазивања и одржати стабилна хемијска својства на високој температури, што може ефикасно побољшати отпорност на хабање и смањити коефицијент трења.

Истраживање показује да је коефицијент трења премаза са одговарајућом количином CeO2 мали и стабилан. Пријављено је да додавање La2O3 плазма прсканом керметном премазу на бази никла може очигледно смањити хабање услед трења и коефицијент трења премаза, а коефицијент трења је стабилан са малим флуктуацијама. Површина хабања слоја облоге без ретких земаља показује озбиљну адхезију и крхко ломљење и љуштење. Међутим, премаз који садржи ретке земље показује слабу адхезију на истрошеној површини и нема знакова крхког љуштења на великим површинама. Микроструктура премаза допираног ретким земљама је гушћа и компактнија, а поре су смањене, што смањује просечну силу трења коју носе микроскопске честице и смањује трење и хабање. Допирање ретких земаља такође може повећати растојање кристалне равни кермета, што доводи до промене силе интеракције између две кристалне површине и смањује коефицијент трења.

Резиме:

Иако су оксиди ретких земаља постигли велика достигнућа у примени керамичких материјала и премаза, који могу ефикасно побољшати микроструктуру и механичка својства керамичких материјала и премаза, још увек постоји много непознатих својстава, посебно у смањењу трења и хабања. Како учинити да чврстоћа и отпорност на хабање материјала сарађују са њиховим својствима подмазивања постало је важан правац вредан дискусије у области трибологије.

Тел: +86-21-20970332Е-пошта：info@shxlchem.com