CymhwysoPrin Ddaearmewn Deunyddiau Cyfansawdd
Mae gan elfennau daear prin strwythur electronig 4f unigryw, moment magnetig atomig mawr, cyplu sbin cryf a nodweddion eraill. Wrth ffurfio cymhlygion ag elfennau eraill, gall eu rhif cydlyniad amrywio o 6 i 12. Mae gan gyfansoddion daear prin amrywiaeth o strwythurau crisial. Mae priodweddau ffisegol a chemegol arbennig daear prin yn eu gwneud yn cael eu defnyddio'n helaeth wrth doddi dur o ansawdd uchel a metelau anfferrus, gwydr arbennig a cherameg perfformiad uchel, deunyddiau magnet parhaol, deunyddiau storio hydrogen, deunyddiau luminescent a laser, deunyddiau niwclear, a meysydd eraill. Gyda datblygiad parhaus deunyddiau cyfansawdd, mae cymhwysiad daear prin hefyd wedi ehangu i faes deunyddiau cyfansawdd, gan ddenu sylw eang wrth wella'r priodweddau rhyngwyneb rhwng deunyddiau heterogenaidd.
Y prif ffurfiau cymhwysiad o bridd prin wrth baratoi deunyddiau cyfansawdd yw: ① ychwanegumetelau daear prini ddeunyddiau cyfansawdd; ② Ychwanegu ar ffurfocsidau daear prini'r deunydd cyfansawdd; ③ Defnyddir polymerau wedi'u dopio neu eu bondio â metelau prin mewn polymerau fel deunyddiau matrics mewn deunyddiau cyfansawdd. Ymhlith y tri math uchod o gymhwysiad prin, mae'r ddau ffurf gyntaf yn cael eu hychwanegu'n bennaf at gyfansawdd matrics metel, tra bod y trydydd yn cael ei gymhwyso'n bennaf at gyfansoddion matrics polymer, ac mae'r cyfansawdd matrics ceramig yn cael ei ychwanegu'n bennaf ar yr ail ffurf.
Pridd prinyn gweithredu'n bennaf ar gyfansawdd matrics metel a matrics ceramig ar ffurf ychwanegion, sefydlogwyr ac ychwanegion sinteru, gan wella eu perfformiad yn fawr, lleihau costau cynhyrchu, a gwneud ei gymhwysiad diwydiannol yn bosibl.
Mae ychwanegu elfennau daear prin fel ychwanegion mewn deunyddiau cyfansawdd yn chwarae rhan yn bennaf wrth wella perfformiad rhyngwyneb deunyddiau cyfansawdd a hyrwyddo mireinio grawn matrics metel. Mae'r mecanwaith gweithredu fel a ganlyn.
① Gwella'r gwlybaniaeth rhwng y matrics metel a'r cyfnod atgyfnerthu. Mae electronegatifedd elfennau prin yn gymharol isel (po leiaf yw electronegatifedd metelau, y mwyaf gweithredol yw electronegatifedd anfetelau). Er enghraifft, mae La yn 1.1, Ce yn 1.12, ac Y yn 1.22. Electronegatifedd y metel sylfaen cyffredin Fe yw 1.83, Ni yw 1.91, ac Al yw 1.61. Felly, bydd elfennau prin yn amsugno'n ffafriol ar ffiniau grawn y matrics metel a'r cyfnod atgyfnerthu yn ystod y broses doddi, gan leihau eu hegni rhyngwyneb, cynyddu gwaith adlyniad y rhyngwyneb, lleihau'r ongl gwlychu, a thrwy hynny wella'r gwlybaniaeth rhwng y matrics a'r cyfnod atgyfnerthu. Mae ymchwil wedi dangos bod ychwanegu elfen La at y matrics alwminiwm yn gwella gwlybaniaeth AlO a hylif alwminiwm yn effeithiol, ac yn gwella microstrwythur deunyddiau cyfansawdd.
② Hyrwyddo mireinio gronynnau matrics metel. Mae hydoddedd pridd prin mewn crisial metel yn fach, oherwydd bod radiws atomig elfennau pridd prin yn fawr, ac mae radiws atomig matrics metel yn gymharol fach. Bydd mynediad elfennau pridd prin â radiws mwy i'r dellt matrics yn achosi ystumio dellt, a fydd yn cynyddu egni'r system. Er mwyn cynnal yr egni rhydd isaf, dim ond tuag at ffiniau grawn afreolaidd y gall atomau pridd prin eu cyfoethogi, sydd i ryw raddau yn rhwystro twf rhydd gronynnau matrics. Ar yr un pryd, bydd yr elfennau pridd prin wedi'u cyfoethogi hefyd yn amsugno elfennau aloi eraill, gan gynyddu graddiant crynodiad elfennau aloi, gan achosi oeri cydrannau lleol, a gwella effaith niwcleiad heterogenaidd y matrics metel hylif. Yn ogystal, gall yr oeri a achosir gan wahanu elfennau hefyd hyrwyddo ffurfio cyfansoddion wedi'u gwahanu a dod yn ronynnau niwcleiad heterogenaidd effeithiol, a thrwy hynny hyrwyddo mireinio'r gronynnau matrics metel.
③ Puro ffiniau grawn. Oherwydd y berthynas gref rhwng elfennau daear prin ac elfennau fel O, S, P, N, ac ati, mae'r egni rhydd safonol ar gyfer ffurfio ocsidau, sylffidau, ffosffidau a nitridau yn isel. Mae gan y cyfansoddion hyn bwynt toddi uchel a dwysedd isel, y gellir tynnu rhai ohonynt trwy arnofio i fyny o hylif yr aloi, tra bod eraill wedi'u dosbarthu'n gyfartal o fewn y grawn, gan leihau gwahanu amhureddau ar ffin y grawn, a thrwy hynny buro ffin y grawn a gwella ei gryfder.
Dylid nodi, oherwydd gweithgaredd uchel a phwynt toddi isel metelau prin, pan gânt eu hychwanegu at gyfansawdd matrics metel, bod angen rheoli eu cyswllt ag ocsigen yn arbennig yn ystod y broses ychwanegu.
Mae nifer fawr o arferion wedi profi y gall ychwanegu ocsidau daear prin fel sefydlogwyr, cymhorthion sintro, ac addaswyr dopio i wahanol gyfansoddion matrics metel a matrics ceramig wella cryfder a chaledwch deunyddiau yn fawr, lleihau eu tymheredd sintro, a thrwy hynny leihau costau cynhyrchu. Y prif fecanwaith gweithredu yw fel a ganlyn.
① Fel ychwanegyn sintro, gall hyrwyddo sintro a lleihau mandylledd mewn deunyddiau cyfansawdd. Ychwanegu ychwanegion sintro yw cynhyrchu cyfnod hylif ar dymheredd uchel, lleihau tymheredd sintro deunyddiau cyfansawdd, atal dadelfennu tymheredd uchel deunyddiau yn ystod y broses sintro, a chael deunyddiau cyfansawdd trwchus trwy sintro cyfnod hylif. Oherwydd sefydlogrwydd uchel, anwadalrwydd tymheredd uchel gwan, a phwyntiau toddi a berwi uchel ocsidau daear prin, gallant ffurfio cyfnodau gwydr gyda deunyddiau crai eraill a hyrwyddo sintro, gan eu gwneud yn ychwanegyn effeithiol. Ar yr un pryd, gall yr ocsid daear prin hefyd ffurfio hydoddiant solet gyda'r matrics ceramig, a all gynhyrchu diffygion crisial y tu mewn, actifadu'r dellt a hyrwyddo sintro.
② Gwella microstrwythur a mireinio maint y grawn. Oherwydd bod yr ocsidau daear prin ychwanegol yn bodoli'n bennaf ar ffiniau grawn y matrics, ac oherwydd eu cyfaint mawr, mae gan ocsidau daear prin wrthwynebiad mudo uchel yn y strwythur, ac maent hefyd yn rhwystro mudo ïonau eraill, a thrwy hynny'n lleihau cyfradd mudo ffiniau grawn, yn atal twf grawn, ac yn rhwystro twf annormal grawn yn ystod sinteru tymheredd uchel. Gallant gael grawn bach ac unffurf, sy'n ffafriol i ffurfio strwythurau trwchus; Ar y llaw arall, trwy ddopio ocsidau daear prin, maent yn mynd i mewn i gyfnod gwydr ffin grawn, gan wella cryfder cyfnod gwydr a thrwy hynny gyflawni'r nod o wella priodweddau mecanyddol y deunydd.
Mae elfennau daear prin mewn cyfansoddion matrics polymer yn effeithio arnynt yn bennaf trwy wella priodweddau'r matrics polymer. Gall ocsidau daear prin gynyddu tymheredd dadelfennu thermol polymerau, tra gall carboxylatau daear prin wella sefydlogrwydd thermol polyfinyl clorid. Gall dopio polystyren â chyfansoddion daear prin wella sefydlogrwydd polystyren a chynyddu ei gryfder effaith a'i gryfder plygu yn sylweddol.
Amser postio: 26 Ebrill 2023