Cymhwyso Daear Prin mewn Deunyddiau Cyfansawdd

Cymhwysiad oDaear Prinmewn Defnyddiau Cyfansawdd
Mae gan elfennau prin y ddaear strwythur electronig 4f unigryw, moment magnetig atomig mawr, cyplydd sbin cryf a nodweddion eraill.Wrth ffurfio cymhlygion ag elfennau eraill, gall eu rhif cydgysylltu amrywio o 6 i 12. Mae gan gyfansoddion pridd prin amrywiaeth o strwythurau crisial.Mae priodweddau ffisegol a chemegol arbennig daearoedd prin yn eu gwneud yn cael eu defnyddio'n helaeth wrth fwyndoddi dur o ansawdd uchel a metelau anfferrus, gwydr arbennig a serameg perfformiad uchel, deunyddiau magnet parhaol, deunyddiau storio hydrogen, deunyddiau goleuol a laser, deunyddiau niwclear. , a meysydd eraill.Gyda datblygiad parhaus deunyddiau cyfansawdd, mae cymhwyso daear prin hefyd wedi ehangu i faes deunyddiau cyfansawdd, gan ddenu sylw eang wrth wella priodweddau'r rhyngwyneb rhwng deunyddiau heterogenaidd.

Mae prif ffurfiau cais daear prin wrth baratoi deunyddiau cyfansawdd yn cynnwys: ① ychwanegumetelau daear prini ddeunyddiau cyfansawdd;② Ychwanegu ar ffurfocsidau daear prini'r deunydd cyfansawdd;③ Defnyddir polymerau sydd wedi'u dopio neu eu bondio â metelau daear prin mewn polymerau fel deunyddiau matrics mewn deunyddiau cyfansawdd.Ymhlith y tri math uchod o gymhwysiad daear prin, mae'r ddwy ffurf gyntaf yn cael eu hychwanegu'n bennaf at gyfansawdd matrics metel, tra bod y trydydd yn cael ei gymhwyso'n bennaf i gyfansoddion matrics polymer, ac ychwanegir y matrics ceramig cyfansawdd yn bennaf yn yr ail ffurf.

Daear prinyn gweithredu'n bennaf ar fatrics metel a matrics ceramig cyfansawdd ar ffurf ychwanegion, sefydlogwyr, ac ychwanegion sintering, 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 bennaf yn chwarae rhan wrth wella perfformiad rhyngwyneb deunyddiau cyfansawdd a hyrwyddo mireinio grawn matrics metel.Mae'r mecanwaith gweithredu fel a ganlyn.

① Gwella'r gwlybedd rhwng y matrics metel a'r cyfnod atgyfnerthu.Mae electronegatifedd elfennau daear prin yn gymharol isel (po leiaf yw electronegatifedd metelau, y mwyaf gweithredol yw electronegatifedd anfetelau).Er enghraifft, La yw 1.1, Ce yw 1.12, ac Y yw 1.22.Electronegatifedd metel sylfaen cyffredin Fe yw 1.83, Ni yw 1.91, ac Al yw 1.61.Felly, bydd elfennau daear prin yn ffafriol arsugniad ar ffiniau grawn y matrics metel a'r cyfnod atgyfnerthu yn ystod y broses fwyndoddi, gan leihau eu hegni rhyngwyneb, cynyddu gwaith adlyniad y rhyngwyneb, lleihau'r ongl gwlychu, a thrwy hynny wella'r gwlybedd rhwng y matrics. a chyfnod atgyfnerthu.Mae ymchwil wedi dangos bod ychwanegu elfen La i'r matrics alwminiwm yn effeithiol yn gwella gwlybedd AlO a hylif alwminiwm, ac yn gwella microstrwythur deunyddiau cyfansawdd.

② Hyrwyddo mireinio grawn matrics metel.Mae hydoddedd daear prin mewn crisial metel yn fach, oherwydd bod radiws atomig elfennau daear prin yn fawr, ac mae radiws atomig matrics metel yn gymharol fach.Bydd mynediad elfennau daear prin â radiws mwy i'r dellt matrics yn achosi ystumiad dellt, a fydd yn cynyddu egni'r system.Er mwyn cynnal yr egni rhad ac am ddim isaf, ni all atomau daear prin ond gyfoethogi tuag at ffiniau grawn afreolaidd, sydd i ryw raddau yn rhwystro twf rhydd grawn matrics.Ar yr un pryd, bydd yr elfennau daear prin cyfoethog hefyd yn adsorbio elfennau aloi eraill, gan gynyddu graddiant crynodiad elfennau aloi, gan achosi tan-oeri cydran leol, a gwella effaith gnewyllol heterogenaidd y matrics metel hylif.Yn ogystal, gall y undercooling a achosir gan wahanu elfennol hefyd hyrwyddo ffurfio cyfansoddion ar wahân a dod yn gronynnau cnewyllol heterogenaidd effeithiol, a thrwy hynny hyrwyddo mireinio'r grawn matrics metel.

③ Puro ffiniau grawn.Oherwydd y cysylltiad cryf rhwng elfennau daear prin ac elfennau megis O, S, P, N, ac ati, mae'r egni ffurfio safonol am ddim ar gyfer ocsidau, sylffidau, ffosffidau a nitridau yn isel.Mae gan y cyfansoddion hyn bwynt toddi uchel a dwysedd isel, a gellir tynnu rhai ohonynt trwy arnofio i fyny o'r hylif aloi, tra bod eraill wedi'u dosbarthu'n gyfartal o fewn y grawn, gan leihau gwahaniad amhureddau ar y ffin grawn, a thrwy hynny buro'r ffin grawn a gwella ei gryfder.

Dylid nodi, oherwydd gweithgaredd uchel a phwynt toddi isel metelau daear prin, pan fyddant yn cael eu hychwanegu at gyfansawdd matrics metel, mae angen rheoli eu cysylltiad 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 fatrics metel a chyfansawdd matrics ceramig wella cryfder a chaledwch deunyddiau yn fawr, lleihau eu tymheredd sintro, a thrwy hynny leihau costau cynhyrchu.Mae prif fecanwaith ei weithred fel a ganlyn.

① Fel ychwanegyn sintering, gall hyrwyddo sintering a lleihau mandylledd mewn deunyddiau cyfansawdd.Ychwanegu ychwanegion sintering 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 y sefydlogrwydd uchel, anweddolrwydd 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 datrysiad solet gyda'r matrics ceramig, a all gynhyrchu diffygion grisial y tu mewn, actifadu'r dellt a hyrwyddo sintering.

② Gwella microstrwythur a mireinio maint grawn.Oherwydd y ffaith 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 ymwrthedd mudo uchel yn y strwythur, a hefyd yn rhwystro mudo ïonau eraill, a thrwy hynny leihau'r cyfradd mudo ffiniau grawn, gan atal tyfiant grawn, a rhwystro twf annormal grawn yn ystod sintro 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'r cyfnod gwydr ffin grawn, gan wella cryfder y cyfnod gwydr a thrwy hynny gyflawni'r nod o wella priodweddau mecanyddol y deunydd.

Mae elfennau prin y ddaear mewn cyfansoddion matrics polymer yn effeithio arnynt yn bennaf trwy wella priodweddau'r matrics polymerau.Gall ocsidau daear prin gynyddu tymheredd dadelfennu thermol polymerau, tra gall carboxylates daear prin wella sefydlogrwydd thermol polyvinyl clorid.Gall dopio polystyren â chyfansoddion daear prin wella sefydlogrwydd polystyren a chynyddu ei gryfder effaith a chryfder plygu yn sylweddol.