Lur arraroen aplikazioa material konposatuetan

ren aplikazioaLur arraroaMaterial konposatuetan
Lur arraroen elementuek 4f egitura elektroniko berezia, momentu magnetiko atomiko handia, spin-akoplamendu sendoa eta beste ezaugarri batzuk dituzte. Beste elementu batzuekin konplexuak eratzean, haien koordinazio-zenbakia 6tik 12ra alda daiteke. Lur arraroen konposatuek kristal-egitura desberdinak dituzte. Lur arraroen propietate fisiko eta kimiko bereziek oso erabiliak dira kalitate handiko altzairu eta burdinazko metalak, beira bereziak eta errendimendu handiko zeramika, iman iraunkorreko materialak, hidrogenoa biltegiratzeko materialak, luminiszenteak eta laser materialak, material nuklearrak urtzeko. , eta beste arlo batzuk. Material konposatuen etengabeko garapenarekin, lur arraroen aplikazioa material konposatuen eremura ere hedatu da, material heterogeneoen arteko interfaze-propietateak hobetzeko arreta zabalduz.

Material konposatuak prestatzeko lur arraroen aplikazio forma nagusiak hauek dira: ① gehitzealur arraroen metalakmaterial konposatuetara; ② Gehitu formanlur arraroen oxidoakmaterial konposatuari; ③ Polimeroetan lur arraroen metalekin dopatutako edo lotuta dauden polimeroak matrize-material gisa erabiltzen dira material konposatuetan. Goiko hiru lur arraroen aplikazio formen artean, lehenengo bi formak batez ere metalezko matrize konposatuari gehitzen zaizkio, hirugarrena batez ere polimero matrize konposatuei aplikatzen zaie, eta zeramikazko matrize konposatua bigarren forman gehitzen zaie batez ere.

Lur arraroabatez ere, matrize metaliko eta matrize zeramikazko konposatuetan jarduten du gehigarri, egonkortzaile eta sinterizazio gehigarri moduan, haien errendimendua asko hobetuz, ekoizpen kostuak murriztuz eta bere aplikazio industriala posible eginez.

Lur arraroen elementuak material konposatuetan gehigarri gisa gehitzeak material konposatuen interfazearen errendimendua hobetzeko eta matrize metalikoaren aleen fintasuna sustatzeko zeregina du batez ere. Ekintza mekanismoa honakoa da.

① Hobetu matrize metalikoaren eta indartze fasearen arteko hezegarritasuna. Lur arraroen elementuen elektronegatibitatea nahiko baxua da (metalen elektronegatibitatea zenbat eta txikiagoa izan, orduan eta aktiboagoa da ez-metalen elektronegatibitatea). Adibidez, La 1,1 da, Ce 1,12 eta Y 1,22. Fe metal arruntaren elektronegatibitatea 1,83 da, Ni 1,91 eta Al 1,61. Hori dela eta, lur arraroen elementuak metalezko matrizearen ale-mugetan eta errefortzu-fasean xurgatuko dira galdaketa-prozesuan zehar, haien interfazearen energia murriztuz, interfazearen atxikimendu-lana areagotuz, hezetze-angelua murriztuz eta, horrela, matrizearen arteko hezetasuna hobetuz. eta errefortzu fasea. Ikerketek erakutsi dute aluminiozko matrizeari La elementua gehitzeak AlO eta aluminio likidoaren hezegarritasuna eraginkortasunez hobetzen duela eta material konposatuen mikroegitura hobetzen duela.

② Matrize metalikoaren aleen fintasuna sustatu. Lur arraroen disolbagarritasuna metalezko kristalean txikia da, lur arraroen elementuen erradio atomikoa handia delako eta matrize metalikoaren erradio atomikoa nahiko txikia delako. Erradio handiagoa duten lur arraroen elementuak matrize-sarean sartzeak sarearen distortsioa eragingo du, eta sistemaren energia handituko da. Energia aske txikiena mantentzeko, lur arraroen atomoak ale-muga irregularretara bakarrik aberastu daitezke, eta horrek neurri batean matrize aleen hazkuntza askea oztopatzen du. Aldi berean, lur arraroen elementu aberastuek beste aleazio-elementu batzuk ere xurgatuko dituzte, aleazio-elementuen kontzentrazio-gradientea areagotuz, tokiko osagaien hoztea eraginez eta metal likidoaren matrizearen nukleazio efektu heterogeneoa areagotuz. Horrez gain, segregazio elementalak eragindako hozteak konposatu bereiztuen sorrera ere susta dezake eta nukleazio-partikula heterogeneo eraginkor bihur daitezke, horrela matrize metalikoaren aleen fintasuna sustatzeko.

③ Araztu ale-mugak. Lur arraroen elementuen eta O, S, P, N, etab. bezalako elementuen arteko kidetasun handia dela eta, oxido, sulfuro, fosfuro eta nitruroen eraketa-energia aske estandarra baxua da. Konposatu hauek urtze-puntu altua eta dentsitate baxua dute, eta horietako batzuk aleazio-likidotik gora flotatuz ken daitezke, eta beste batzuk alearen barnean uniformeki banatzen dira, alearen mugan ezpurutasunen bereizketa murriztuz, eta, ondorioz, ale-muga garbitu eta bere indarra hobetuz.

Kontuan izan behar da, lur arraroen metalen aktibitate handia eta urtze-puntu baxua dela eta, matrize metalikoko konpositeari gehitzen zaizkionean, oxigenoarekin duten kontaktua bereziki kontrolatu behar dela gehitze-prozesuan zehar.

Praktika ugarik frogatu dute lur arraroen oxidoak egonkortzaile gisa, sinterizaziorako lagungarri eta dopin-moldatzaile gisa gehitzeak metal-matrize eta matrize zeramikazko konposatu desberdinei asko hobetu dezakeela materialen indarra eta gogortasuna, haien sinterizazio-tenperatura murriztea eta, beraz, ekoizpen-kostuak murriztea. Bere ekintzaren mekanismo nagusia honakoa da.

① Sinterizazio gehigarri gisa, sinterizazioa susta dezake eta material konposatuen porositatea murrizten du. Sinterizazio-gehigarriak gehitzea tenperatura altuetan fase likidoa sortzea da, material konposatuen sinterizazio-tenperatura murriztea, sinterizazio-prozesuan materialen tenperatura altuko deskonposizioa eragoztea eta fase likidoaren sinterizazioaren bidez material konposatu trinkoak lortzea. Egonkortasun handia, tenperatura altuko hegazkortasun ahula eta lur arraroen oxidoen urtze- eta irakite-puntu altuak direla eta, beste lehengai batzuekin beira faseak sor ditzakete eta sinterizazioa sustatu, gehigarri eraginkor bihurtuz. Aldi berean, lur arraroen oxidoak soluzio solidoa ere sor dezake zeramikazko matrizearekin, eta horrek kristal-akatsak sor ditzake barruan, sareak aktibatu eta sinterizazioa sustatzeko.

② Hobetu mikroegitura eta findu alearen tamaina. Gehitutako lur arraroen oxidoak batez ere matrizearen ale-mugetan existitzen direlako eta bolumen handia dela eta, lur arraroen oxidoek migrazio-erresistentzia handia dute egituran, eta beste ioi batzuen migrazioa ere oztopatzen dute, eta, ondorioz, aleen mugen migrazio-tasa, alearen hazkuntza galaraziz eta tenperatura altuko sinterizazioan aleen hazkunde anormala oztopatzen du. Ale txiki eta uniformeak lor ditzakete, eta horrek egitura trinkoak sortzeko lagungarria da; Bestalde, lur arraroen oxidoak dopatuz, aleen mugako beira fasean sartzen dira, beira fasearen indarra hobetuz eta horrela materialaren propietate mekanikoak hobetzeko helburua lortuz.

Matrize polimerikoen konpositeetako lur arraroen elementuek batez ere eragiten diete polimero matrizearen propietateak hobetuz. Lur arraroen oxidoek polimeroen deskonposizio termikoko tenperatura handitu dezakete, eta lur arraroen karboxilatoek polibinil kloruroaren egonkortasun termikoa hobe dezakete. Lur arraroen konposatuekin poliestirenoak dopatzeak poliestirenoaren egonkortasuna hobetu dezake eta bere talka-indarra eta tolestura-indarra nabarmen handitu dezake.