қолдануСирек жерКомпозиттік материалдарда
Сирек жер элементтерінің бірегей 4f электрондық құрылымы, үлкен атомдық магниттік моменті, күшті айналдыру байланысы және басқа сипаттамалары бар.Басқа элементтермен комплекстер түзген кезде олардың координациялық саны 6-дан 12-ге дейін өзгеруі мүмкін. Сирек жер қосылыстары әртүрлі кристалдық құрылымдарға ие.Сирек кездесетін жерлердің ерекше физикалық және химиялық қасиеттері оларды жоғары сапалы болат және түсті металдарды, арнайы шыны және жоғары өнімді керамика, тұрақты магнитті материалдарды, сутегі сақтау материалдарын, люминесцентті және лазерлік материалдарды, ядролық материалдарды балқытуда кеңінен қолдануға мүмкіндік береді. , және басқа өрістер.Композиттік материалдардың үздіксіз дамуымен сирек жерді қолдану композициялық материалдар саласына да кеңейіп, гетерогенді материалдар арасындағы интерфейс қасиеттерін жақсартуға кеңінен назар аударды.
Композиттік материалдарды дайындауда сирек жерді қолданудың негізгі нысандарына мыналар жатады: ① қосусирек жер металдарыкомпозициялық материалдарға;② түрінде қосыңызсирек жер оксидтерікомпозициялық материалға;③ Полимерлердегі сирек жер металдарымен легирленген немесе байланысқан полимерлер композиттік материалдарда матрицалық материалдар ретінде пайдаланылады.Сирек жерді қолданудың жоғарыда аталған үш формасының ішінде бірінші екі пішін негізінен металл матрицалық композитке қосылады, ал үшіншісі негізінен полимерлі матрицалық композиттерге қолданылады, ал керамикалық матрицалық композит негізінен екінші пішінде қосылады.
Сирек жернегізінен металл матрицасы мен керамикалық матрицалық композитке қоспалар, тұрақтандырғыштар және агломерациялық қоспалар түріндегі әсер етеді, олардың жұмысын айтарлықтай жақсартады, өндіріс шығындарын азайтады және оны өнеркәсіпте қолдануға мүмкіндік береді.
Композиттік материалдарға қоспалар ретінде сирек жер элементтерін қосу негізінен композициялық материалдардың интерфейс өнімділігін жақсартуда және металл матрицалық түйіршіктердің тазартылуына ықпал етуде маңызды рөл атқарады.Әсер ету механизмі келесідей.
① Металл матрицасы мен арматуралық фаза арасындағы сулануды жақсартыңыз.Сирек жер элементтерінің электртерістігі салыстырмалы түрде төмен (металдардың электртерістігі неғұрлым аз болса, бейметалдардың электртерістігі белсендірек болады).Мысалы, La - 1,1, Ce - 1,12, Y - 1,22.Қарапайым негізгі металдың Fe электртерістігі 1,83, Ni 1,91, Al 1,61.Сондықтан, сирек жер элементтері балқыту процесінде металл матрицасы мен арматура фазасының түйіршік шекараларында жақсырақ адсорбцияланады, олардың интерфейстік энергиясын азайтады, интерфейстің адгезия жұмысын арттырады, сулану бұрышын азайтады және сол арқылы матрица арасындағы сулануды жақсартады. және күшейту кезеңі.Зерттеулер алюминий матрицасына La элементін қосу AlO және алюминий сұйықтығының сулануын тиімді жақсартатынын және композиттік материалдардың микроқұрылымын жақсартатынын көрсетті.
② Металл матрицалық түйіршіктердің нақтылануына ықпал етіңіз.Сирек жердің металл кристалында ерігіштігі аз, өйткені сирек жер элементтерінің атомдық радиусы үлкен, ал металл матрицасының атомдық радиусы салыстырмалы түрде аз.Радиусы үлкен сирек жер элементтерінің матрицалық торға енуі тордың бұрмалануын тудырады, бұл жүйе энергиясын арттырады.Ең аз бос энергияны сақтау үшін сирек жер атомдары тек біркелкі емес астық шекараларына қарай байыта алады, бұл белгілі бір дәрежеде матрицалық дәндердің еркін өсуіне кедергі келтіреді.Сонымен қатар, байытылған сирек жер элементтері басқа қорытпа элементтерін де адсорбциялайды, қорытпа элементтерінің концентрация градиентін арттырады, жергілікті құрамдас бөліктердің салқындатылуын тудырады және сұйық металл матрицасының гетерогенді ядролық әсерін күшейтеді.Сонымен қатар, элементтік сегрегациядан туындаған салқындау сонымен қатар бөлінген қосылыстардың түзілуіне ықпал етеді және тиімді гетерогенді нуклеация бөлшектеріне айналады, осылайша металл матрицалық түйіршіктердің нақтылануына ықпал етеді.
③ Астық шекараларын тазарту.Сирек жер элементтері мен O, S, P, N және т.б. сияқты элементтер арасындағы күшті жақындыққа байланысты оксидтер, сульфидтер, фосфидтер және нитридтер үшін түзілудің стандартты бос энергиясы төмен.Бұл қосылыстардың жоғары балқу температурасы және төмен тығыздығы бар, олардың кейбіреулері қорытпа сұйықтығынан жоғары көтерілу арқылы жойылуы мүмкін, ал басқалары дәннің ішінде біркелкі таралады, дән шекарасында қоспалардың бөлінуін азайтады, осылайша дән шекарасын тазартады және оның күшін арттыру.
Сирек жер металдарының белсенділігі жоғары және балқу температурасы төмен болғандықтан, оларды металл матрицалық композитке қосқанда қосу процесінде олардың оттегімен жанасуын ерекше бақылау қажет екенін атап өткен жөн.
Түрлі металл матрицасы мен керамикалық матрицалық композитке сирек жер оксидтерін тұрақтандырғыштар, агломерациялық көмекші құралдар және легирлеуші модификаторлар ретінде қосу материалдардың беріктігі мен қаттылығын айтарлықтай жақсартуға, олардың агломерация температурасын төмендетуге және осылайша өндіріс шығындарын азайтуға болатынын көптеген тәжірибелер дәлелдеді.Оның әсер етуінің негізгі механизмі келесідей.
① Агломерациялық қоспа ретінде ол агломерацияға ықпал етеді және композиттік материалдардың кеуектілігін азайтады.Агломерациялық қоспаларды қосу жоғары температурада сұйық фазаны қалыптастыру, композициялық материалдардың агломерация температурасын төмендету, агломерация процесінде материалдардың жоғары температурада ыдырауын тежеу және сұйық фазалық агломерация арқылы тығыз композиттік материалдарды алу болып табылады.Сирек жер оксидтерінің жоғары тұрақтылығы, әлсіз жоғары температуралық құбылмалылығы және жоғары балқу және қайнау температуралары арқасында олар басқа шикізатпен шыны фазаларын құра алады және оларды тиімді қоспаға айналдыра алады.Сонымен қатар, сирек жер оксиді керамикалық матрицамен бірге қатты ерітінді құра алады, ол ішінде кристалдық ақауларды тудыруы мүмкін, торды белсендіреді және агломерацияға ықпал етеді.
② Микроқұрылымды жақсартыңыз және түйір өлшемін нақтылаңыз.Қосылған сирек жер оксидтері негізінен матрицаның түйіршік шекараларында болуына байланысты және олардың үлкен көлеміне байланысты сирек жер оксидтері құрылымында жоғары миграциялық төзімділікке ие, сонымен қатар басқа иондардың миграциясын тежейді, осылайша астық шекараларының көшу жылдамдығы, дәннің өсуін тежейді және жоғары температурада агломерациялау кезінде дәндердің қалыптан тыс өсуіне кедергі келтіреді.Олар ұсақ және біркелкі дәндерді ала алады, бұл тығыз құрылымдардың пайда болуына ықпал етеді;Екінші жағынан, сирек жер оксидтерін легирлеу арқылы олар астық шекарасының шыны фазасына еніп, шыны фазасының беріктігін жақсартады және осылайша материалдың механикалық қасиеттерін жақсарту мақсатына жетеді.
Полимер матрицалық композиттердегі сирек жер элементтері негізінен полимер матрицасының қасиеттерін жақсарту арқылы оларға әсер етеді.Сирек жер оксидтері полимерлердің термиялық ыдырау температурасын жоғарылатуы мүмкін, ал сирек жер карбоксилаттары поливинилхлоридтің термиялық тұрақтылығын жақсарта алады.Сирек жер қосылыстары бар полистиролды допинг полистиролдың тұрақтылығын жақсарта алады және оның соққыға төзімділігі мен иілу беріктігін айтарлықтай арттырады.
Жіберу уақыты: 26 сәуір 2023 ж