복합 재료에 희토류의 적용

적용희토류복합 재료에서
희토류 원소는 독특한 4F 전자 구조, 큰 원자 자기 모멘트, 강한 스핀 커플 링 및 기타 특성을 갖습니다. 다른 요소와 복합체를 형성 할 때, 이들의 배위 수는 6에서 12까지 다양 할 수있다. 희토류 화합물은 다양한 결정 구조를 갖는다. 희토류의 특별한 물리적 및 화학적 특성은 고품질 강철 및 비철 금속, 특수 유리 및 고성능 세라믹, 영구 자석 재료, 수소 저장 재료, 발광 및 레이저 재료, 핵 물질 및 기타 분야의 제련에 널리 사용됩니다. 복합 재료의 지속적인 개발로 인해 희토류의 적용은 복합 재료 분야로 확장되어 이종 재료 사이의 인터페이스 특성을 개선하는 데 널리 퍼져 있습니다.

복합 재료의 준비에서 희토류의 주요 신청서는 다음과 같습니다.희토류 금속복합 재료; ② 형태를 추가하십시오희토류 산화물복합 재료에; polymers는 폴리머에서 희토류 금속과 도핑되거나 결합 된 중합체는 복합 재료의 매트릭스 재료로 사용된다. 위의 세 가지 형태의 희토류 적용 중에서, 처음 두 형태는 주로 금속 매트릭스 복합재에 추가되는 반면, 세 번째 형태는 주로 중합체 매트릭스 복합재에 적용되며 세라믹 매트릭스 복합재는 주로 두 번째 형태로 추가됩니다.

희토류주로 첨가제, 안정제 및 소결 첨가제 형태로 금속 매트릭스 및 세라믹 매트릭스 복합재에 작용하여 성능을 크게 향상시키고 생산 비용을 줄이며 산업 응용 프로그램을 가능하게합니다.

복합 재료의 첨가제로서 희토류 요소를 추가하면 주로 복합 재료의 인터페이스 성능을 향상시키고 금속 매트릭스 입자의 개선을 촉진하는 데 중요한 역할을합니다. 행동 메커니즘은 다음과 같습니다.

① 금속 매트릭스와 강화 단계 사이의 습윤성을 향상시킵니다. 희토류 원소의 전기 음성은 상대적으로 낮습니다 (금속의 전기 음성이 작을수록 비금속의 전기성이 더 활성화됨). 예를 들어, LA는 1.1이고 CE는 1.12이고 Y는 1.22입니다. 일반적인 염기 금속 Fe의 전기 음성은 1.83, Ni는 1.91이고 Al은 1.61입니다. 따라서, 희토류 요소는 제련 과정에서 금속 매트릭스 및 보강 단계의 입자 경계에 우선적으로 흡착되어 계면 에너지를 줄이고 계면의 접착 작업을 증가시켜 습윤 각도를 줄이고 매트릭스와 보강 단계 사이의 습윤성을 향상시킵니다. 연구에 따르면 알루미늄 매트릭스에 LA 요소의 첨가는 ALO 및 알루미늄 액체의 습윤성을 효과적으로 향상시키고 복합 재료의 미세 구조를 향상시킵니다.

② 금속 매트릭스 곡물의 개선을 촉진합니다. 금속 결정에서 희토류의 용해도는 작습니다. 희토류 원소의 원자 반경은 크고 금속 매트릭스의 원자 반경은 비교적 작기 때문입니다. 매트릭스 격자에 반경이 큰 희토류 요소의 진입은 격자 왜곡을 유발하여 시스템 에너지를 증가시킵니다. 가장 낮은 자유 에너지를 유지하기 위해, 희토류 원자는 불규칙한 입자 경계를 향해 풍부하게 할 수 있으며, 이는 어느 정도 매트릭스 입자의 자유 성장을 방해합니다. 동시에, 풍부한 희토류 요소는 또한 다른 합금 요소를 흡수하여 합금 요소의 농도 구배를 증가시켜 국소 성분 언더 쿨링을 유발하고 액체 금속 매트릭스의 이종 핵 형성 효과를 향상시킬 것이다. 또한, 원소 분리로 인한 언더 쿨링은 또한 분리 된 화합물의 형성을 촉진하고 효과적인 이종 핵 형성 입자가되어 금속 매트릭스 입자의 개선을 촉진시킬 수있다.

grain 곡물 경계를 정화하십시오. 희토류 원소와 O, S, P, N 등과 같은 요소 사이의 강한 친화력으로 인해, 산화물, 황화물, 포스 파이드 및 질화물에 대한 표준 자유 형성 에너지는 낮다. 이들 화합물은 높은 융점 및 저밀도를 가지며, 그 중 일부는 합금 액체로부터 떠 다니면서 제거 할 수있는 반면, 다른 일부는 입자 내에 골고루 분포되어 입자 경계에서의 불순물 분리를 감소시켜 입자 경계를 정화하고 강도를 향상시킨다.

희토류 금속의 높은 활성 및 낮은 융점으로 인해 금속 매트릭스 복합재에 추가 될 때 첨가 과정에서 산소와의 접촉을 특별히 제어해야한다는 점에 유의해야합니다.

많은 관행에 따르면 희토류 산화물을 안정제, 소결 보조 장치 및 도핑 수정 자로 다른 금속 매트릭스 및 세라믹 매트릭스 복합재에 추가하면 재료의 강도와 인성을 크게 향상시키고 소결 온도를 줄이고 생산 비용을 줄일 수 있습니다. 행동의 주요 메커니즘은 다음과 같습니다.

sintering 첨가제로서 복합 재료의 소결을 촉진하고 다공성을 줄일 수 있습니다. 소결 첨가제의 첨가는 고온에서 액체 상을 생성하고, 복합 재료의 소결 온도를 감소시키고, 소결 공정 동안 재료의 고온 분해를 억제하며, 액체 상 소결을 통해 조밀 한 복합 재료를 얻는 것입니다. 높은 안정성, 약한 고온 변동성 및 희토류 산화물의 높은 용융 및 끓는점으로 인해 다른 원료로 유리 단계를 형성하고 소결을 촉진하여 효과적인 첨가제가 될 수 있습니다. 동시에, 희토류 산화물은 또한 세라믹 매트릭스와 고체 용액을 형성 할 수 있으며, 이는 내부에서 결정 결함을 생성하고 격자를 활성화하며 소결을 촉진 할 수 있습니다.

② 미세 구조를 개선하고 곡물 크기를 개선합니다. 첨가 된 희토류 산화물은 주로 매트릭스의 입자 경계에 존재하며, 큰 부피로 인해 희토류 산화물은 구조에서 높은 이동 저항성을 가지며 다른 이온의 이동을 방해하여 곡물 경계의 이동 속도를 감소시켜 곡물 성장을 방해하며, 고음 소독 동안의 비정규 성장을 방해합니다. 그들은 조밀 한 구조의 형성에 도움이되는 작고 균일 한 곡물을 얻을 수 있습니다. 한편, 희토류 산화물을 도핑함으로써, 그들은 입자 경계 유리 단계로 들어가 유리 단계의 강도를 향상시켜 물질의 기계적 특성을 개선하는 목표를 달성합니다.

중합체 매트릭스 복합재의 희토류 원소는 주로 중합체 매트릭스의 특성을 개선하여 이들에 영향을 미칩니다. 희토류 산화물은 중합체의 열 분해 온도를 증가시킬 수있는 반면, 희토류 카르 복실 레이트는 폴리 비닐 클로라이드의 열 안정성을 향상시킬 수 있습니다. 희토류 화합물로 폴리스티렌 도핑은 폴리스티렌의 안정성을 향상시키고 그 영향 강도 및 굽힘 강도를 상당히 증가시킬 수 있습니다.