Jaki wpływ mają tlenki ziem rzadkich w powłokach ceramicznych?

Materiały ceramiczne, metalowe i polimerowe są wymienione jako trzy główne materiały stałe. Ceramika ma wiele doskonałych właściwości, takich jak odporność na wysoką temperaturę, odporność na korozję, odporność na zużycie itp., ponieważ tryb wiązania atomowego ceramiki to wiązanie jonowe, wiązanie kowalencyjne lub mieszane wiązanie jonowo-kowalencyjne o wysokiej energii wiązania. Powłoka ceramiczna może zmienić wygląd, strukturę i wydajność zewnętrznej powierzchni podłoża. Kompozyt powłoka-podłoże jest preferowany ze względu na jego nową wydajność. Może organicznie łączyć oryginalne właściwości podłoża z właściwościami odporności na wysoką temperaturę, wysoką odpornością na zużycie i wysoką odpornością na korozję materiałów ceramicznych i w pełni wykorzystać kompleksowe zalety dwóch rodzajów materiałów, dlatego jest szeroko stosowana w przemyśle lotniczym, obronnym, chemicznym i innych gałęziach przemysłu.

Metale ziem rzadkich nazywane są „skarbnicą” nowych materiałów ze względu na ich unikalną strukturę elektronową 4f oraz właściwości fizyczne i chemiczne. Jednak czyste metale ziem rzadkich rzadko są bezpośrednio wykorzystywane w badaniach, a najczęściej stosuje się związki ziem rzadkich. Najczęstszymi związkami są CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS i żelazokrzem ziem rzadkich. Te związki ziem rzadkich mogą poprawić strukturę i właściwości materiałów ceramicznych i powłok ceramicznych.

I zastosowanie tlenków ziem rzadkich w materiałach ceramicznych

Dodanie pierwiastków ziem rzadkich jako stabilizatorów i spiekanych AIDS do różnych materiałów ceramicznych może obniżyć temperaturę spiekania, poprawić wytrzymałość i twardość niektórych materiałów ceramicznych konstrukcyjnych, a tym samym obniżyć koszty produkcji. Jednocześnie pierwiastki ziem rzadkich odgrywają również bardzo ważną rolę w półprzewodnikowych czujnikach gazu, mediach mikrofalowych, ceramice piezoelektrycznej i innych funkcjonalnych materiałach ceramicznych. Badania wykazały, że dodanie dwóch lub więcej tlenków ziem rzadkich do ceramiki glinowej jest lepsze niż dodanie pojedynczego tlenku ziem rzadkich do ceramiki glinowej. Po teście optymalizacji Y2O3+CeO2 daje najlepszy efekt. Gdy 0,2% Y2O3+0,2% CeO2 zostanie dodane w temperaturze 1490℃, gęstość względna spiekanych próbek może osiągnąć 96,2%, co przekracza gęstość próbek z dowolnym tlenkiem ziem rzadkich Y2O3 lub CeO2 osobno.

Efekt La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 w promowaniu spiekania jest lepszy niż w przypadku dodania tylko La2O3, a odporność na zużycie jest wyraźnie poprawiona. Pokazuje to również, że mieszanie dwóch tlenków ziem rzadkich nie jest prostym dodatkiem, ale istnieje między nimi interakcja, która jest bardziej korzystna dla spiekania i poprawy wydajności ceramiki glinowej, ale zasada pozostaje do zbadania.

Ponadto stwierdzono, że dodanie mieszanych tlenków metali ziem rzadkich jako spiekanych środków pomocniczych może poprawić migrację materiałów, promować spiekanie ceramiki MgO i poprawić gęstość. Jednakże, gdy zawartość mieszanych tlenków metali jest większa niż 15%, gęstość względna maleje, a otwarta porowatość wzrasta.

Po drugie, wpływ tlenków ziem rzadkich na właściwości powłok ceramicznych

Istniejące badania pokazują, że pierwiastki ziem rzadkich mogą udoskonalić wielkość ziarna, zwiększyć gęstość, poprawić mikrostrukturę i oczyścić interfejs. Odgrywają wyjątkową rolę w poprawie wytrzymałości, wytrzymałości, twardości, odporności na zużycie i odporności na korozję powłok ceramicznych, co poprawia wydajność powłok ceramicznych w pewnym stopniu i poszerza zakres zastosowań powłok ceramicznych.

1

Poprawa właściwości mechanicznych powłok ceramicznych za pomocą tlenków ziem rzadkich

Tlenki ziem rzadkich mogą znacznie poprawić twardość, wytrzymałość na zginanie i wytrzymałość na rozciąganie powłok ceramicznych. Wyniki eksperymentów pokazują, że wytrzymałość na rozciąganie powłoki można skutecznie poprawić, stosując Lao _ 2 jako dodatek do materiału Al2O3 + 3% TiO _ 2, a wytrzymałość na rozciąganie może osiągnąć 27,36 MPa, gdy ilość Lao _ 2 wynosi 6,0%. Dodanie CeO2 o ułamku masowym 3,0% i 6,0% do materiału Cr2O3, wytrzymałość na rozciąganie powłoki wynosi od 18 do 25 MPa, co jest wartością większą niż pierwotne 12 do 16 MPa. Jednak gdy zawartość CeO2 wynosi 9,0%, wytrzymałość na rozciąganie spada do 12 do 15 MPa.

2

Poprawa odporności powłoki ceramicznej na szok termiczny dzięki pierwiastkom ziem rzadkich

Test odporności na szok termiczny jest ważnym testem jakościowo odzwierciedlającym siłę wiązania między powłoką a podłożem oraz dopasowanie współczynnika rozszerzalności cieplnej między powłoką a podłożem. Bezpośrednio odzwierciedla on zdolność powłoki do opierania się łuszczeniu, gdy temperatura zmienia się naprzemiennie podczas użytkowania, a także odzwierciedla zdolność powłoki do opierania się zmęczeniu mechanicznemu i zdolności wiązania się z podłożem z boku. Dlatego jest to również kluczowy czynnik oceny jakości powłoki ceramicznej.

Badania pokazują, że dodanie 3,0% CeO2 może zmniejszyć porowatość i wielkość porów w powłoce oraz zmniejszyć koncentrację naprężeń na krawędziach porów, poprawiając w ten sposób odporność na szok termiczny powłoki Cr2O3. Jednak porowatość powłoki ceramicznej Al2O3 zmniejszyła się, a wytrzymałość wiązania i żywotność powłoki na szok termiczny wyraźnie wzrosły po dodaniu LaO2. Gdy ilość dodanego LaO2 wynosi 6% (ułamek masowy), odporność powłoki na szok termiczny jest najlepsza, a żywotność powłoki na szok termiczny może osiągnąć 218 razy, podczas gdy żywotność powłoki na szok termiczny bez LaO2 wynosi tylko 163 razy.

3

Tlenki ziem rzadkich wpływają na odporność powłok na zużycie

Tlenki ziem rzadkich stosowane do poprawy odporności na zużycie powłok ceramicznych to głównie CeO2 i La2O3. Ich heksagonalna struktura warstwowa może wykazywać dobrą funkcję smarowania i utrzymywać stabilne właściwości chemiczne w wysokiej temperaturze, co może skutecznie poprawić odporność na zużycie i zmniejszyć współczynnik tarcia.

Badania pokazują, że współczynnik tarcia powłoki z odpowiednią ilością CeO2 jest mały i stabilny. Donoszono, że dodanie La2O3 do natryskiwanej plazmowo powłoki cermetowej na bazie niklu może wyraźnie zmniejszyć zużycie cierne i współczynnik tarcia powłoki, a współczynnik tarcia jest stabilny z niewielkimi wahaniami. Powierzchnia ścieralna warstwy okładzinowej bez ziem rzadkich wykazuje poważną przyczepność i kruche pękanie i łuszczenie, jednak powłoka zawierająca ziem rzadkich wykazuje słabą przyczepność na zużytej powierzchni i nie ma oznak kruchego łuszczenia się na dużym obszarze. Mikrostruktura powłoki domieszkowanej ziem rzadkich jest gęstsza i bardziej zwarta, a pory są zmniejszone, co zmniejsza średnią siłę tarcia przenoszoną przez mikroskopijne cząstki i zmniejsza tarcie i zużycie. Domieszkowanie ziem rzadkich może również zwiększyć odległość płaszczyzny kryształu cermetów, co prowadzi do zmiany siły oddziaływania między dwiema powierzchniami kryształu i zmniejsza współczynnik tarcia.

Streszczenie:

Chociaż tlenki ziem rzadkich poczyniły duże postępy w stosowaniu materiałów ceramicznych i powłok, co może skutecznie poprawić mikrostrukturę i właściwości mechaniczne materiałów ceramicznych i powłok, nadal istnieje wiele nieznanych właściwości, zwłaszcza w zakresie zmniejszania tarcia i zużycia. W jaki sposób sprawić, aby wytrzymałość i odporność na zużycie materiałów współgrały z ich właściwościami smarnymi, stało się ważnym kierunkiem wartym dyskusji w dziedzinie tribologii.

Telefon: +86-21-20970332E-mail：info@shxlchem.com