Ảnh hưởng của oxit đất hiếm trong lớp phủ gốm là gì?

Gốm sứ, vật liệu kim loại và vật liệu polyme được liệt kê là ba vật liệu rắn chính. Gốm sứ có nhiều đặc tính tuyệt vời, chẳng hạn như khả năng chịu nhiệt độ cao, chống ăn mòn, chống mài mòn, v.v., vì chế độ liên kết nguyên tử của gốm sứ là liên kết ion, liên kết cộng hóa trị hoặc liên kết ion-cộng hóa trị hỗn hợp với năng lượng liên kết cao. Lớp phủ gốm sứ có thể thay đổi diện mạo, cấu trúc và hiệu suất của bề mặt ngoài của chất nền, hỗn hợp lớp phủ-chất nền được ưa chuộng vì hiệu suất mới của nó. Nó có thể kết hợp hữu cơ các đặc tính ban đầu của chất nền với các đặc tính chịu nhiệt độ cao, chống mài mòn cao và chống ăn mòn cao của vật liệu gốm sứ, và phát huy đầy đủ các ưu điểm toàn diện của hai loại vật liệu, vì vậy nó được sử dụng rộng rãi trong hàng không vũ trụ, hàng không, quốc phòng, công nghiệp hóa chất và các ngành công nghiệp khác.

Đất hiếm được gọi là “kho báu” của vật liệu mới, vì cấu trúc điện tử 4f độc đáo và tính chất vật lý và hóa học của nó. Tuy nhiên, kim loại đất hiếm nguyên chất hiếm khi được sử dụng trực tiếp trong nghiên cứu, và các hợp chất đất hiếm chủ yếu được sử dụng. Các hợp chất phổ biến nhất là CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS và ferrosilicon đất hiếm. Các hợp chất đất hiếm này có thể cải thiện cấu trúc và tính chất của vật liệu gốm và lớp phủ gốm.

I Ứng dụng của oxit đất hiếm trong vật liệu gốm

Thêm các nguyên tố đất hiếm làm chất ổn định và chất hỗ trợ thiêu kết vào các loại gốm khác nhau có thể làm giảm nhiệt độ thiêu kết, cải thiện độ bền và độ dẻo dai của một số loại gốm cấu trúc, do đó làm giảm chi phí sản xuất. Đồng thời, các nguyên tố đất hiếm cũng đóng vai trò rất quan trọng trong các cảm biến khí bán dẫn, môi trường vi sóng, gốm áp điện và các loại gốm chức năng khác. Nghiên cứu phát hiện ra rằng, Thêm hai hoặc nhiều oxit đất hiếm vào gốm alumina với nhau tốt hơn là thêm một oxit đất hiếm vào gốm alumina. Sau khi thử nghiệm tối ưu hóa, Y2O3 + CeO2 có hiệu quả tốt nhất. Khi thêm 0,2% Y2O3 + 0,2% CeO2 ở 1490℃, mật độ tương đối của các mẫu thiêu kết có thể đạt tới 96,2%, vượt quá mật độ của các mẫu có bất kỳ oxit đất hiếm Y2O3 hoặc CeO2 riêng lẻ nào.

Hiệu quả của La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 trong việc thúc đẩy quá trình thiêu kết tốt hơn so với chỉ thêm La2O3, khả năng chống mài mòn được cải thiện rõ rệt. Nó cũng cho thấy việc trộn hai oxit đất hiếm không phải là một sự bổ sung đơn giản, mà có sự tương tác giữa chúng, có lợi hơn cho quá trình thiêu kết và cải thiện hiệu suất của gốm alumina, nhưng nguyên lý vẫn cần được nghiên cứu.

Ngoài ra, người ta thấy rằng việc bổ sung oxit kim loại đất hiếm hỗn hợp làm chất trợ thiêu kết có thể cải thiện quá trình di chuyển vật liệu, thúc đẩy quá trình thiêu kết gốm MgO và cải thiện mật độ. Tuy nhiên, khi hàm lượng oxit kim loại hỗn hợp lớn hơn 15%, mật độ tương đối giảm và độ xốp hở tăng.

Thứ hai, ảnh hưởng của oxit đất hiếm đến tính chất của lớp phủ gốm

Nghiên cứu hiện tại cho thấy các nguyên tố đất hiếm có thể tinh chỉnh kích thước hạt, tăng mật độ, cải thiện cấu trúc vi mô và làm sạch giao diện. Nó đóng vai trò độc đáo trong việc cải thiện độ bền, độ dẻo dai, độ cứng, khả năng chống mài mòn và khả năng chống ăn mòn của lớp phủ gốm, giúp cải thiện hiệu suất của lớp phủ gốm ở một mức độ nhất định và mở rộng phạm vi ứng dụng của lớp phủ gốm.

1

Cải thiện tính chất cơ học của lớp phủ gốm bằng oxit đất hiếm

Oxit đất hiếm có thể cải thiện đáng kể độ cứng, độ bền uốn và độ bền liên kết kéo của lớp phủ gốm. Kết quả thực nghiệm cho thấy độ bền kéo của lớp phủ có thể được cải thiện hiệu quả bằng cách sử dụng Lao _ 2 làm chất phụ gia trong vật liệu Al2O3 + 3% TiO _ 2 và độ bền liên kết kéo có thể đạt 27,36MPa khi lượng Lao _ 2 là 6,0%. Thêm CeO2 với phần khối lượng là 3,0% và 6,0% vào vật liệu Cr2O3, độ bền liên kết kéo của lớp phủ nằm trong khoảng 18 ~ 25MPa, lớn hơn 12 ~ 16MPa ban đầu. Tuy nhiên, khi hàm lượng CeO2 là 9,0%, độ bền liên kết kéo giảm xuống còn 12 ~ 15MPa.

2

Cải thiện khả năng chống sốc nhiệt của lớp phủ gốm bằng đất hiếm

Thử nghiệm khả năng chịu sốc nhiệt là một thử nghiệm quan trọng để phản ánh định tính cường độ liên kết giữa lớp phủ và nền và sự phù hợp của hệ số giãn nở nhiệt giữa lớp phủ và nền. Nó phản ánh trực tiếp khả năng chống bong tróc của lớp phủ khi nhiệt độ thay đổi xen kẽ trong quá trình sử dụng, đồng thời phản ánh khả năng chống mỏi do sốc cơ học của lớp phủ và khả năng liên kết với nền từ bên cạnh. Do đó, đây cũng là yếu tố chính để đánh giá chất lượng của lớp phủ gốm.

Nghiên cứu cho thấy việc bổ sung 3,0% CeO2 có thể làm giảm độ xốp và kích thước lỗ rỗng trong lớp phủ, và làm giảm sự tập trung ứng suất ở rìa lỗ rỗng, do đó cải thiện khả năng chống sốc nhiệt của lớp phủ Cr2O3. Tuy nhiên, độ xốp của lớp phủ gốm Al2O3 giảm, và cường độ liên kết và tuổi thọ hỏng hóc do sốc nhiệt của lớp phủ tăng lên rõ rệt sau khi thêm LaO2. Khi lượng LaO2 bổ sung là 6% (phần khối lượng), khả năng chống sốc nhiệt của lớp phủ là tốt nhất và tuổi thọ hỏng hóc do sốc nhiệt có thể đạt tới 218 lần, trong khi tuổi thọ hỏng hóc do sốc nhiệt của lớp phủ không có LaO2 chỉ là 163 lần.

3

Oxit đất hiếm ảnh hưởng đến khả năng chống mài mòn của lớp phủ

Oxit đất hiếm được sử dụng để cải thiện khả năng chống mài mòn của lớp phủ gốm chủ yếu là CeO2 và La2O3. Cấu trúc lớp lục giác của chúng có thể thể hiện chức năng bôi trơn tốt và duy trì tính chất hóa học ổn định ở nhiệt độ cao, có thể cải thiện hiệu quả khả năng chống mài mòn và giảm hệ số ma sát.

Nghiên cứu cho thấy hệ số ma sát của lớp phủ có lượng CeO2 thích hợp là nhỏ và ổn định. Có báo cáo rằng việc thêm La2O3 vào lớp phủ cermet gốc niken phun plasma rõ ràng có thể làm giảm độ mài mòn do ma sát và hệ số ma sát của lớp phủ, và hệ số ma sát ổn định với ít biến động. Bề mặt mài mòn của lớp phủ không có đất hiếm cho thấy độ bám dính nghiêm trọng và gãy giòn và bong tróc, Tuy nhiên, lớp phủ có chứa đất hiếm cho thấy độ bám dính yếu trên bề mặt bị mòn và không có dấu hiệu bong tróc giòn diện tích lớn. Cấu trúc vi mô của lớp phủ pha tạp đất hiếm dày đặc hơn và chặt chẽ hơn, và các lỗ rỗng được thu nhỏ, giúp giảm lực ma sát trung bình do các hạt vi mô chịu và giảm ma sát và mài mòn Pha tạp đất hiếm cũng có thể làm tăng khoảng cách mặt phẳng tinh thể của cermet, Nó dẫn đến sự thay đổi lực tương tác giữa hai mặt tinh thể và làm giảm hệ số ma sát.

Bản tóm tắt:

Mặc dù oxit đất hiếm đã đạt được những thành tựu to lớn trong ứng dụng vật liệu và lớp phủ gốm, có thể cải thiện hiệu quả cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của vật liệu và lớp phủ gốm, nhưng vẫn còn nhiều tính chất chưa được biết đến, đặc biệt là trong việc giảm ma sát và mài mòn. Làm thế nào để độ bền và khả năng chống mài mòn của vật liệu kết hợp với tính chất bôi trơn của chúng đã trở thành một hướng quan trọng đáng để thảo luận trong lĩnh vực ma sát học.

Điện thoại: +86-21-20970332E-mail：info@shxlchem.com