تطبيق الأرض النادرة في مواد مركبة

تطبيقأرض نادرةفي المواد المركبة
العناصر الأرضية النادرة لها بنية إلكترونية فريدة من نوعها 4F ، لحظة مغناطيسية ذرية كبيرة ، اقتران تدور قوي وخصائص أخرى. عند تشكيل مجمعات مع عناصر أخرى ، يمكن أن يختلف عدد تنسيقها من 6 إلى 12. تحتوي المركبات الأرضية النادرة على مجموعة متنوعة من الهياكل البلورية. إن الخصائص الفيزيائية والكيميائية الخاصة للأرض النادرة تجعلها تستخدم على نطاق واسع في صهر المعادن الفولاذية وغير الحديدية عالية الجودة ، والسيرة الزجاجية الخاصة والعالية الأداء ، والمواد المغناطيسية الدائمة ، ومواد تخزين الهيدروجين ، ومواد الإنارة والليزر ، والمواد النووية ، وغيرها من الحقول. مع التطوير المستمر للمواد المركبة ، توسع تطبيق الأرض النادرة أيضًا إلى مجال المواد المركبة ، وجذب اهتمامًا واسع النطاق في تحسين خصائص الواجهة بين المواد غير المتجانسة.

تشمل أشكال التطبيق الرئيسية للأرض النادرة في إعداد المواد المركبة: ① إضافةالمعادن الأرض النادرةإلى مواد مركبة ؛ ② أضف في شكلأكاسيد الأرض النادرةإلى المادة المركبة ؛ ③ يتم استخدام البوليمرات المخدرة أو المستعبدة مع المعادن الأرضية النادرة في البوليمرات كمواد مصفوفة في مواد مركبة. من بين الأشكال الثلاثة المذكورة أعلاه من تطبيق الأرض النادرة ، تتم إضافة النموذجين الأولين في الغالب إلى مركب المصفوفة المعدنية ، بينما يتم تطبيق الثالث بشكل أساسي على مركبات مصفوفة البوليمر ، ويتم إضافة مركب مصفوفة السيراميك بشكل أساسي في النموذج الثاني.

أرض نادرةيعمل بشكل أساسي على المصفوفة المعدنية ومصفوفة السيراميك المركب في شكل إضافات ومثبتات ومضافات تلبيد ، مما يحسن إلى حد كبير أدائهم ، وتقليل تكاليف الإنتاج ، وجعل تطبيقه الصناعي ممكنًا.

تلعب إضافة عناصر أرضية نادرة كضافات في المواد المركبة دورًا في تحسين أداء واجهة المواد المركبة وتعزيز صقل حبيبات المصفوفة المعدنية. آلية العمل كما يلي.

① تحسين قابلية التبلل بين المصفوفة المعدنية ومرحلة التعزيز. تكون النشاط الكهربي للعناصر الأرضية النادرة منخفضة نسبيًا (كلما كانت الكهربية الأصلية للمعادن ، كلما زادت النشاط الكهربي للخلافات). على سبيل المثال ، LA هي 1.1 ، CE هي 1.12 ، و Y 1.22. إن electroneegativity من المعدن الأساسي الشائع هو 1.83 ، NI هو 1.91 ، و AL هو 1.61. لذلك ، فإن العناصر الأرضية النادرة ستُصمأ بشكل تفضيلي على حدود الحبوب لمصفوفة المعادن ومرحلة التعزيز أثناء عملية الصهر ، مما يقلل من طاقة الواجهة ، وزيادة عمل الالتصاق في الواجهة ، مما يقلل من زاوية الترطيب ، وبالتالي تحسين قابلية الاستعداد بين المصفوفة والتعزيز. أظهرت الأبحاث أن إضافة عنصر LA إلى مصفوفة الألومنيوم يحسن بشكل فعال من قابلية التبلل من السائل من الألومنيوم ، ويحسن البنية المجهرية للمواد المركبة.

② تعزيز صقل حبيبات المصفوفة المعدنية. قابلية ذوبان الأرض النادرة في البلورة المعدنية صغيرة ، لأن نصف القطر الذري للعناصر الأرضية النادرة كبيرة ، والنصف القطر الذري من المصفوفة المعدنية صغيرة نسبيًا. إن إدخال عناصر أرضية نادرة بنصف قطر أكبر في شعرية المصفوفة سيؤدي إلى تشويه شعرية ، مما سيزيد من طاقة النظام. للحفاظ على أدنى طاقة حرة ، لا يمكن أن تثري ذرات الأرض النادرة فقط نحو حدود الحبوب غير المنتظمة ، مما يعيق إلى حد ما النمو الحر لحبوب المصفوفة. في الوقت نفسه ، ستقوم عناصر الأرض النادرة المخصصة أيضًا بامتصاص عناصر السبائك الأخرى ، مما يزيد من تدرج تركيز عناصر السبائك ، مما تسبب في تدوير المكون المحلي ، وتعزيز تأثير النواة غير المتجانسة لمصفوفة المعادن السائلة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يعزز الترويج السفلي الناجم عن الفصل الأولي أيضًا تكوين المركبات المنفصلة ويصبح جزيئات نوى غير متجانسة فعالة ، وبالتالي تعزيز صقل حبيبات المصفوفة المعدنية.

③ تنقية حدود الحبوب. بسبب التقارب القوي بين العناصر الأرضية النادرة والعناصر مثل O ، S ، P ، N ، وما إلى ذلك ، فإن الطاقة الحرة المعتادة للتكوين للأكاسيد والكبريتيدات والفوسفيدات والنيتريدات منخفضة. تحتوي هذه المركبات على نقطة انصهار عالية وكثافة منخفضة ، يمكن إزالة بعضها عن طريق الطفو من سائل السبائك ، بينما يتم توزيع البعض الآخر بالتساوي داخل الحبوب ، مما يقلل من فصل الشوائب عند حدود الحبوب ، وبالتالي تنقية حدود الحبوب وتحسين قوته.

تجدر الإشارة إلى أنه بسبب النشاط العالي ونقطة الانصهار المنخفضة للمعادن الأرضية النادرة ، عندما تتم إضافتها إلى مركب المصفوفة المعدنية ، يجب أن يتم التحكم في ملامسة الأكسجين خصيصًا أثناء عملية الإضافة.

لقد أثبت عدد كبير من الممارسات أن إضافة أكاسيد الأرض النادرة كمثبتات ، وأدوات تلبد ، ومعدلات المنشطات لمصفوفة معدنية مختلفة ومركب مصفوفة السيراميك يمكن أن تحسن بشكل كبير من قوة وصبدة المواد ، وتقليل درجة حرارة تلبيدها ، وبالتالي تقليل تكاليف الإنتاج. الآلية الرئيسية لعملها هي كما يلي.

① كمضاف تلبد ، يمكن أن يعزز التلبيد ويقلل المسامية في المواد المركبة. تتمثل إضافة الإضافات الملبدة في توليد مرحلة سائلة في درجات حرارة عالية ، وتقليل درجة حرارة التلبد للمواد المركبة ، وتمنع التحلل العالي للمواد أثناء عملية التلبيد ، والحصول على مواد مركبة كثيفة من خلال تلبيد الطور السائل. نظرًا لارتفاع الاستقرار ، وتقلب درجات الحرارة العالية ، ونقاط الانصهار والغليان المرتفعة لأكاسيد الأرض النادرة ، يمكن أن تشكل مراحل زجاجية مع مواد خام أخرى وتعزيز التلبيد ، مما يجعلها مضافة فعالة. في الوقت نفسه ، يمكن أن يشكل أكسيد الأرض النادر أيضًا محلول صلبة مع مصفوفة السيراميك ، والتي يمكن أن تولد عيوب بلورية في الداخل ، وتنشيط الشبكة وتعزيز التلبيد.

② تحسين البنية المجهرية وصقل حجم الحبوب. بسبب حقيقة أن أكاسيد الأرض النادرة المضافة موجودة بشكل أساسي عند حدود الحبة من المصفوفة ، وبسبب حجمها الكبير ، فإن أكاسيد الأرض النادرة لها مقاومة عالية للهجرة في الهيكل ، كما تعيق هجرة أيونات أخرى ، مما يقلل من معدل الهجرة من حدود الحبوب. يمكنهم الحصول على حبيبات صغيرة وموحدة ، والتي تفضي إلى تكوين هياكل كثيفة ؛ من ناحية أخرى ، من خلال تعاطي المنشطات للأكاسيد الأرضية النادرة ، فإنها تدخل مرحلة زجاجية حدود الحبوب ، مما يحسن قوة الطور الزجاجي وبالتالي تحقيق هدف تحسين الخواص الميكانيكية للمادة.

العناصر الأرضية النادرة في مركبات مصفوفة البوليمر تؤثر بشكل أساسي عليها من خلال تحسين خصائص مصفوفة البوليمر. يمكن لأكاسيد الأرض النادرة أن تزيد من درجة حرارة التحلل الحراري للبوليمرات ، في حين أن كربوكسيل الأرض النادرة يمكن أن تحسن الاستقرار الحراري لكلوريد البولي فينيل. يمكن للبوليسترين المنشطات مع مركبات أرضية نادرة تحسين ثبات البوليسترين ويزيد بشكل كبير من قوة تأثيره وقوة الانحناء.