Лантан цирконаты(химиялық формуласы La₂Zr₂O₇) – ерекше термиялық және химиялық қасиеттерімен өсіп келе жатқан назар аударатын сирек жер оксиді керамика. Бұл ақ, отқа төзімді ұнтақ (CAS No 12031-48-0, MW 572.25) химиялық инертті және суда немесе қышқылда ерімейді. Оның тұрақты пирохлорлы кристалдық құрылымы және жоғары балқу температурасы (шамамен 2680 °C) оны тамаша жылу изоляторы етеді. Шындығында, лантан цирконаты жылу оқшаулау және тіпті дыбыс оқшаулау үшін кеңінен қолданылады, бұл материалдарды жеткізушілер атап өтті. Оның төмен жылу өткізгіштігі мен құрылымдық тұрақтылығының үйлесімі материалдың әмбебаптығын көрсететін катализаторлар мен флуоресцентті (фотолюминесцентті) материалдарда да пайдалы.
Бүгінгі таңда лантандық цирконатқа деген қызығушылық алдыңғы қатарлы салаларда артып келеді. Мысалы, аэроғарыштық және энергетикалық қолданбаларда бұл жетілдірілген керамика жеңілірек, тиімдірек қозғалтқыштар мен турбиналарды жасауға көмектеседі. Оның тамаша термиялық тосқауыл өнімділігі қозғалтқыштар зақымданбай қызып жұмыс істей алады, отын тиімділігін арттырады және шығарындыларды азайтады. Бұл белгілер жаһандық тұрақтылық мақсаттарымен де байланысты: жақсырақ оқшаулау және ұзаққа созылатын компоненттер энергия қалдықтарын азайтады және электр энергиясын өндіру мен тасымалдауда парниктік газдар өндірісін азайтады. Қысқасы, лантан цирконаты озық керамика мен таза энергия инновациясын біріктіретін жоғары технологиялық жасыл материал ретінде дайын.
Кристалл құрылымы және негізгі қасиеттері
Лантан цирконаты жалпы «A₂B₂O₇» пирохлорлы құрылымымен (A = La, B = Zr) сирек кездесетін цирконаттар отбасына жатады. Бұл кристалдық құрылым табиғи түрде тұрақты: LZO бөлме температурасынан балқу температурасына дейін ешқандай фазалық трансформацияны көрсетпейді. Бұл кейбір басқа керамикадан айырмашылығы, ол жылу циклдері кезінде құрылымды сындырмайды немесе өзгертпейді дегенді білдіреді. Оның балқу температурасы өте жоғары (~2680 °C), оның термиялық беріктігін көрсетеді.
La₂Zr₂O₇ негізгі физикалық және жылулық қасиеттері мыналарды қамтиды:
● Төмен жылу өткізгіштік:LZO жылуды өте нашар өткізеді. Тығыз La₂Zr₂O₇ 1000 °C температурада шамамен 1,5–1,8 Вт·m⁻¹·K⁻¹ шамасында жылу өткізгіштікке ие. Салыстыру үшін кәдімгі иттрий тұрақтандырылған цирконий (YSZ) әлдеқайда жоғары. Бұл төмен өткізгіштік қозғалтқыш бөліктерін қорғайтын жылу тосқауыл жабындары (ТБК) үшін өте маңызды.
● Жоғары термиялық кеңею (CTE):Оның термиялық кеңею коэффициенті (~11×10⁻⁶ /K 1000 °C) салыстырмалы түрде үлкен. Жоғары CTE металл бөлшектермен сәйкес келмеу кернеуін тудыруы мүмкін болса да, мұқият инженерия (байланыс қабатының дизайны) мұны қамтамасыз ете алады.
● Агломерациялық кедергі:LZO жоғары температурада тығыздауға қарсы тұрады. Бұл «агломерацияға төзімділік» жабынға жылу оқшаулау үшін маңызды болып табылатын кеуекті микроқұрылымды сақтауға көмектеседі.
● Химиялық тұрақтылық:Лантан цирконаты химиялық инертті және жоғары температурада тамаша тотығуға төзімділік көрсетеді. Ол қатал ортада оңай реакцияға түспейді немесе ыдырамайды және оның тұрақты лантан мен цирконий оксидтері қоршаған ортаға зиянсыз.
● Төмен оттегі диффузиясы:YSZ-ден айырмашылығы, LZO оттегі иондарының диффузиялық қабілеті төмен. Термиялық тосқауыл жабынында бұл негізгі металдың тотығуын бәсеңдетуге көмектеседі, құрамдас бөліктің қызмет ету мерзімін ұзартады.
Бұл қасиеттер лантан цирконатын ерекше жылу оқшаулайтын керамика етеді. Шындығында, зерттеушілер LZO-ның «өте төмен жылу өткізгіштігі (толық тығыз материал үшін 1000 °C кезінде 1,5–1,8 Вт/м·К)» TBC қолданбалары үшін басты артықшылық екенін атап көрсетеді. Практикалық жабындарда кеуектілік өткізгіштікті одан әрі төмендетуі мүмкін (кейде 1 Вт/м·К төмен).
Синтез және заттық формалар
Лантан цирконаты әдетте лантан оксиді (La₂O₃) және цирконий (ZrO₂) жоғары температурада араластыру арқылы дайындалады. Жалпы әдістерге қатты дене реакциясы, золь-гельді өңдеу және бірге тұндыру жатады. Процесске байланысты алынған ұнтақ өте ұсақ (нано- микрон масштабында) немесе түйіршіктелген болуы мүмкін. EpoMaterial сияқты өндірушілер бөлшектердің реттелетін өлшемдерін ұсынады: нанометрлік ұнтақтардан субмикронға немесе түйіршіктелген бөлшектерге, тіпті сфералық пішіндерге дейін. Өнімділігі жоғары қолданбаларда тазалық маңызды; коммерциялық LZO 99,5–99,99% тазалықта қол жетімді.
LZO тұрақты болғандықтан, шикі ұнтақты өңдеу оңай. Ол жұқа ақ шаң түрінде көрінеді (төмендегі өнім суретінде көрсетілгендей). Ұнтақ суда және қышқылдарда ерімейтін болса да, ылғалдың адсорбциясын болдырмау үшін құрғақ күйде сақталады және тығыздалады. Бұл өңдеу қасиеттері оны арнайы қауіптерсіз озық керамика мен жабындарды өндіруде қолдануға ыңғайлы етеді.
Материал пішінінің мысалы: EpoMaterial компаниясының жоғары таза лантан цирконаты (CAS 12031-48-0) термиялық бүріккіш қолданбаларға арналған ақ ұнтақ ретінде ұсынылады. Сипаттарды реттеу үшін оны өзгертуге немесе басқа иондармен қоспалауға болады.
Лантан цирконаты (La2Zr2O7, LZO) сирек кездесетін цирконаттың бір түрі болып табылады және ол жылу оқшаулау, дыбыс оқшаулау, катализатор материалы және флуоресцентті материал ретінде көптеген салаларда кеңінен қолданылады.
Жақсы сапа және жылдам жеткізу және теңшеу қызметі
Жедел желі: +8613524231522(WhatsApp&Wechat)
Электрондық пошта:sales@epomaterial.com
Плазмалық спрей және термиялық тосқауыл жабындарында қолдану
Лантан цирконатының ең маңызды қолданылуының бірі термиялық тосқауыл жабындарында (ТБК) үстіңгі жабын ретінде. TBC - қозғалтқыштың маңызды бөліктеріне (мысалы, турбиналық қалақшалар) оларды қатты ыстықтан оқшаулау үшін қолданылатын көп қабатты керамикалық жабындар. Әдеттегі TBC жүйесінде ауа плазмасының спрейі (APS) немесе электронды-сәулелік PVD сияқты әртүрлі әдістермен тұндырылуы мүмкін металды байланыстыратын жабын және керамикалық үстіңгі жабын бар.
Лантан цирконатының төмен жылу өткізгіштігі мен тұрақтылығы оны TBC-ке күшті үміткер етеді. Кәдімгі YSZ жабындарымен салыстырғанда, LZO металға аз жылу ағынымен жоғары температураға төтеп бере алады. Осы себепті, көптеген зерттеулер лантан цирконатын төменгі жылу өткізгіштікке және жоғары термиялық тұрақтылыққа байланысты «TBC қолданбалары үшін перспективалы үміткер материал» деп атайды. Қарапайым тілмен айтқанда, лантандық цирконат жабыны ыстық газдарды өткізбейді және тіпті төтенше жағдайларда да негізгі құрылымды қорғайды.
Плазмалық бүрку процесі әсіресе La₂Zr₂O₇ үшін қолайлы. Плазмалық бүрку кезінде LZO ұнтағы плазмалық ағынмен қыздырылады және керамикалық қабат түзу үшін бетке қозғалады. Бұл әдіс оқшаулауды күшейтетін пластинкалы, кеуекті микроқұрылымды жасайды. Өнім әдебиетіне сәйкес, жоғары таза LZO ұнтағы «плазмалық термиялық бүрку (термиялық тосқауыл жабыны)» үшін нақты арналған. Алынған жабынды белгілі бір қозғалтқыш немесе аэроғарыштық қажеттіліктерге бейімдеуге болады (мысалы, кеуектілігі бақыланатын немесе допингпен).
TBC аэроғарыштық және энергетикалық жүйелерді қалай жақсартады: қозғалтқыш бөліктеріне LZO негізіндегі жабындарды қолдану арқылы ұшақ қозғалтқыштары мен газ турбиналары жоғары температурада қауіпсіз жұмыс істей алады. Бұл тиімдірек жану мен қуаттың шығуына әкеледі. Тәжірибеде инженерлер TBC «жану камерасының ішінде жылуды сақтайтынын» және жылу тиімділігін арттыратынын, сонымен бірге шығарындыларды азайтатынын анықтады. Басқаша айтқанда, лантандық цирконат жабындары жылуды қажет жерде (камера ішінде) сақтауға және жылу жоғалуын болдырмауға көмектеседі, сондықтан қозғалтқыштар отынды толық пайдаланады. Жақсырақ оқшаулау мен таза жану арасындағы бұл синергия LZO-ның таза энергия мен тұрақтылыққа қатыстылығын негіздейді.
Сонымен қатар, LZO беріктігі техникалық қызмет көрсету аралықтарын ұзартады. Оның агломерацияға және тотығуға төзімділігі керамикалық қабаттың көптеген жылу циклдері арқылы бұзылмағанын білдіреді. Жақсы жобаланған лантандық цирконат TBC сондықтан бөлшектерді ауыстыру мен тоқтап қалу уақытын азайту арқылы жалпы өмірлік цикл шығарындыларын азайта алады. Қорытындылай келе, плазмалық шашыратқыш LZO жабындары келесі ұрпақтың жоғары тиімділігі бар турбиналар мен аэроқозғалтқыштар үшін негізгі мүмкіндік беретін технология болып табылады.
Басқа өнеркәсіптік қолданбалар
Лантан цирконатының бірегей қасиеттері плазмамен шашыратылған ТБК-дан басқа, әртүрлі жетілдірілген керамикада қолданылады:
● Жылу және дыбыс оқшаулауы: Өндірушілер атап өткендей, LZO жалпы оқшаулағыш материалдарда қолданылады. Мысалы, кеуекті лантан цирконатты керамика жылу ағынын блоктайды, сонымен қатар дыбысты азайтады. Бұл оқшаулағыш панельдер немесе талшықтар жоғары температуралық оқшаулау қажет болған кезде пештің төсемдерінде немесе сәулет материалдарында қолданылуы мүмкін.
● Катализ: лантан оксидтері белгілі катализаторлар болып табылады (мысалы, тазарту немесе ластануды бақылауда) және LZO құрылымы каталитикалық элементтерді орналастыра алады. Іс жүзінде LZO газ-фазалық реакциялар үшін катализаторларда тірек немесе компонент ретінде қолданылуы мүмкін. Оның жоғары температурадағы тұрақтылығы оны сингазды түрлендіру немесе автомобильді шығаруды өңдеу сияқты процестер үшін тартымды етеді, дегенмен La₂Zr₂O₇ катализаторларының нақты мысалдары әлі де зерттеулерде пайда болуда.
● Оптикалық және флуоресцентті материалдар: Бір қызығы, лантан цирконатын фосфор немесе сцинтилляторлар жасау үшін сирек жер иондарымен қоспалауға болады. Материалдың аты тіпті флуоресцентті материалдардың сипаттамасында да кездеседі. Мысалы, LZO-ны цериймен немесе еуропиймен қоспалау жарықтандыру немесе дисплей технологиялары үшін жоғары температураға төзімді люминесцентті кристалдарды алуы мүмкін. Оның төмен фонондық энергиясы (оксидтік байланыстардың арқасында) оны инфрақызыл немесе сцинтилляциялық оптикада пайдалы ете алады.
● Жетілдірілген электроника: Кейбір арнайы қолданбаларда лантандық цирконатты пленкалар микроэлектроникада төмен к (төмен диэлектрик) оқшаулағыштар немесе диффузиялық кедергілер ретінде зерттеледі. Оның тотықтырғыш атмосферадағы және жоғары кернеудегі тұрақтылығы (жоғары диапазонға байланысты) қатал электронды ортада кәдімгі оксидтерге қарағанда артықшылықтар ұсынуы мүмкін.
● Кесетін құралдар мен тозу бөлшектері: азырақ таралған болса да, LZO қаттылығы мен термиялық төзімділігі оны басқа керамикалық жабындардың тозуға төзімділік үшін қолданылатыны сияқты құралдарға қатты қорғаныс жабыны ретінде пайдалануға болатынын білдіреді.
La₂Zr₂O₇ әмбебаптығы оның сирек жер химиясын цирконияның қаттылығымен үйлестіретін керамика болуына байланысты. Бұл «сирек кездесетін цирконат» керамикасының (мысалы, гадолиний цирконаты, иттербий цирконаты және т.б.) кең тараған тенденциясының бөлігі, олар жоғары температуралық тауашаларды орындау үшін әзірленген.
Қоршаған орта және тиімділік артықшылықтары
Лантан цирконаты тұрақтылыққа ең алдымен энергия тиімділігі мен ұзақ өмір сүру арқылы ықпал етеді. Жылу изоляторы ретінде ол машиналарға аз отынмен бірдей өнімділікке қол жеткізуге мүмкіндік береді. Мысалы, турбиналық қалақшаны LZO-мен қаптау жылу ағып кетуді азайтады және осылайша қозғалтқыштың жалпы тиімділігін арттырады. Жанармай жағылуының азаюы тікелей қуат бірлігіне келетін CO₂ және NOₓ шығарындыларының төмендеуіне әкеледі. Жақында жүргізілген бір зерттеуде биоотыны бар ішкі жану қозғалтқышында LZO жабындарын қолдану тежегіштің жоғары термиялық тиімділігіне қол жеткізді және көміртегі тотығы шығарындыларын айтарлықтай азайтты. Бұл жақсартулар дәлірек көлік пен энергия жүйелерін тазарту жолында іздестірілетін табыстардың түрлері болып табылады.
Керамиканың өзі химиялық инертті, яғни ол зиянды жанама өнімдер шығармайды. Органикалық оқшаулағыштардан айырмашылығы, ол жоғары температурада ұшпа қосылыстар шығармайды. Шындығында, оның жоғары температурадағы тұрақтылығы оны жаңадан пайда болатын отындар мен орталарға (мысалы, сутегінің жануы) қолайлы етеді. Турбиналарда немесе генераторларда LZO қамтамасыз ететін кез келген тиімділік артулары таза отынның тұрақтылық артықшылықтарын арттырады.
Ұзақ өмір сүру және қалдықтарды азайту: LZO-ның деградацияға төзімділігі (агломерация және тотығуға төзімділігі) сонымен қатар қапталған компоненттердің қызмет ету мерзімін ұзартады. Төзімді LZO жабыны бар турбиналық қалақ қапталмағанға қарағанда ұзағырақ жұмыс істей алады, бұл ауыстыру қажеттілігін азайтады және осылайша ұзақ мерзімді перспективада материалдар мен энергияны үнемдейді. Бұл төзімділік қоршаған ортаға жанама пайда болып табылады, өйткені өндіріс азырақ қажет.
Дегенмен, сирек жер элементі аспектісін ескеру маңызды. Лантан сирек жер болып табылады және барлық осындай элементтер сияқты оны өндіру және жою тұрақтылық мәселелерін тудырады. Дұрыс басқарылмаса, сирек жерді өндіру қоршаған ортаға зиян келтіруі мүмкін. Жақында жүргізілген талдаулар лантандық цирконатты жабындарда «сирек жерді өндіруге және материалдарды кәдеге жаратуға байланысты тұрақтылық пен уыттылық мәселелерін көтеретін сирек жер элементтері бар» екенін атап өтті. Бұл La₂Zr₂O₇ және пайдаланылған жабындарды қайта өңдеудің әлеуетті стратегияларының жауапты көздерінің қажеттілігін көрсетеді. Жетілдірілген материалдар секторындағы көптеген компаниялар (оның ішінде эпоматериал жеткізушілері) мұны есте ұстайды және өндірісте тазалыққа және қалдықтарды азайтуға баса назар аударады.
Қорытындылай келе, лантан цирконатын пайдаланудың қоршаған ортаға таза әсері оның тиімділігі мен қызмет ету мерзімінің артықшылықтарын жүзеге асырған кезде оң болады. Таза жануды және ұзақ қызмет ететін жабдықты қосу арқылы LZO негізіндегі керамика салаларға жасыл энергия мақсаттарына жетуге көмектесе алады. Материалдың өмірлік циклін жауапты басқару параллельді қарастыратын негізгі мәселе болып табылады.
Болашаққа болжам және трендтер
Болашаққа қарап, лантан цирконатының маңыздылығы арта түсуде, өйткені озық өндіріс пен таза технология дамуын жалғастыруда:
● Жаңа буын турбиналары:Ұшақтар мен қуат турбиналары жоғары жұмыс температурасына (тиімділік немесе баламалы отынға бейімделу үшін) итермелейтіндіктен, LZO сияқты TBC материалдары маңызды болады. Лантан цирконатының немесе легирленген LZO қабаты әрқайсысының ең жақсы қасиеттерін біріктіретін дәстүрлі YSZ қабатының үстінде орналасқан көп қабатты жабындар бойынша үздіксіз зерттеулер жүргізілуде.
● Аэроғарыш және қорғаныс:Материалдың радиацияға төзімділігі (кейбір зерттеулерде атап өтілген) оны ғарыштық немесе ядролық қорғаныс қолданбалары үшін тартымды ете алады. Бөлшектердің сәулеленуі кезінде оның тұрақтылығы белсенді зерттеу саласы болып табылады.
● Энергияны түрлендіру құрылғылары:LZO дәстүрлі түрде электролит болмаса да, кейбір зерттеулер қатты оксидті отын жасушаларында және электролиз жасушаларында лантан негізіндегі материалдарды зерттейді. (Көбінесе La₂Zr₂O₇ лантан кобальтты электродтары мен YSZ электролиттерінің интерфейсінде байқаусызда пайда болады.) Бұл оның термохимиялық реакторлар немесе жылу алмастырғыштар үшін жаңа конструкцияларды шабыттандыратын қатал электрохимиялық орталармен үйлесімділігін көрсетеді.
● Материалдарды теңшеу:Нарықта мамандандырылған керамикаға сұраныс артып келеді. Жабдықтаушылар енді жоғары таза LZO ғана емес, сонымен қатар иондық қоспаланған нұсқаларды да ұсынады (мысалы, кристалдық торды бұрау үшін самарий, гадолиний және т.б. қосу). EpoMaterial лантан цирконатының «иондық қоспалау және модификациясын» өндіру мүмкіндігін айтады. Мұндай допинг жылу кеңеюі немесе өткізгіштік сияқты қасиеттерді реттей алады, бұл инженерлерге керамиканың нақты инженерлік шектеулерге бейімделуіне мүмкіндік береді.
● Жаһандық трендтер:Тұрақтылық пен озық технологияға жаһандық назар аудара отырып, лантан цирконаты сияқты материалдар назар аударады. Оның жоғары тиімді қозғалтқыштарды қосудағы рөлі отын үнемдеу стандарттары мен таза энергия ережелерімен байланысты. Сонымен қатар, 3D басып шығару және керамикалық өңдеу саласындағы әзірлемелер LZO компоненттерін немесе жабындарын жаңа тәсілдермен пішіндеуді жеңілдетуі мүмкін.
Негізінде лантан цирконаты дәстүрлі керамикалық химияның 21 ғасыр қажеттіліктерін қалай қанағаттандыратынын көрсетеді. Оның сирек кездесетін әмбебаптығы мен керамикалық беріктігінің үйлесімі оны маңызды салалармен үйлестіреді: тұрақты авиация, электр қуатын өндіру және басқалар. Зерттеу жалғасуда (LZO негізіндегі TBCs туралы соңғы шолуларды қараңыз), жаңа қосымшалар пайда болуы мүмкін, бұл оның алдыңғы қатарлы материалдар ландшафтындағы маңыздылығын одан әрі күшейтеді.
лантан цирконаты (La₂Zr₂O₇) сирек жер тотығының химиясы мен жетілдірілген жылу оқшаулаудың ең жақсысын біріктіретін жоғары өнімді керамика болып табылады. Төмен жылу өткізгіштігімен, жоғары температурадағы тұрақтылығымен және берік пирохлорлы құрылымымен ол әсіресе плазмалық шашыратқыш термиялық тосқауыл жабындары мен басқа оқшаулау қолданбалары үшін өте қолайлы. Оны аэроғарыштық TBCs және энергетикалық жүйелерде пайдалану тұрақтылықты қамтамасыз ету мақсаттарына ықпал ете отырып, тиімділікті арттырып, шығарындыларды азайтады. EpoMaterial сияқты өндірушілер осы озық қолданбалар үшін жоғары таза LZO ұнтақтарын ұсынады. Жаһандық өнеркәсіптер таза энергия мен ақылды материалдарға ұмтылған сайын, лантан цирконаты қозғалтқыштарды салқындатуға, құрылымдарды күштірек және жүйелерді жасылдандыруға көмектесетін технологиялық маңызды керамика ретінде ерекшеленеді.
Жіберу уақыты: 11 маусым 2025 ж