იშვიათი დედამიწის გამოყენება კომპოზიციურ მასალებში

პროგრამაიშვიათი დედამიწაკომპოზიციურ მასალებში
იშვიათ დედამიწის ელემენტებს აქვთ უნიკალური 4F ელექტრონული სტრუქტურა, დიდი ატომური მაგნიტური მომენტი, ძლიერი დატრიალების დაწყვილება და სხვა მახასიათებლები. სხვა ელემენტების კომპლექსების შექმნისას, მათი კოორდინაციის რიცხვი შეიძლება განსხვავდებოდეს 6 -დან 12 წლამდე. იშვიათ დედამიწის ნაერთებს აქვთ სხვადასხვა ბროლის სტრუქტურა. იშვიათი დედამიწის განსაკუთრებული ფიზიკური და ქიმიური თვისებები მათ ფართოდ გამოიყენება მაღალი ხარისხის ფოლადის და არა ფერადი ლითონების დნობის, სპეციალური მინისა და მაღალი ხარისხის კერამიკის, მუდმივი მაგნიტის მასალების, წყალბადის შესანახი მასალების, ლუმინესცენტული და ლაზერული მასალების, ბირთვული მასალების და სხვა სფეროებში. კომპოზიციური მასალების უწყვეტი განვითარებით, იშვიათი დედამიწების გამოყენება ასევე გაფართოვდა კომპოზიციური მასალების სფეროში, რაც ფართო ყურადღებას იპყრობს ჰეტეროგენულ მასალებს შორის ინტერფეისის თვისებების გაუმჯობესებაში.

იშვიათი დედამიწის ძირითადი განაცხადის ფორმები კომპოზიციური მასალების მომზადებაში შედის: ① დამატებაიშვიათი დედამიწის ლითონებიკომპოზიციური მასალები; ② დაამატეთ ფორმაიშვიათი დედამიწის ოქსიდებიკომპოზიციურ მასალამდე; ③ პოლიმერები, რომლებიც დოჟირებულია ან იშვიათ დედამიწის ლითონებთან ერთად პოლიმერებში გამოიყენება, როგორც მატრიქსის მასალები კომპოზიტურ მასალებში. იშვიათი დედამიწის გამოყენების ზემოთ ჩამოთვლილ სამ ფორმას შორის, პირველ ორ ფორმას უმეტესად ემატება ლითონის მატრიქსის კომპოზიცია, ხოლო მესამე ძირითადად გამოიყენება პოლიმერული მატრიქსის კომპოზიციებზე, ხოლო კერამიკული მატრიქსის კომპოზიტს ძირითადად ემატება მეორე ფორმაში.

იშვიათი დედამიწაძირითადად მოქმედებს ლითონის მატრიქსისა და კერამიკული მატრიქსის კომპოზიტზე დანამატების, სტაბილიზატორების და დანამატების ფორმით, მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს მათ შესრულებას, ამცირებს წარმოების ხარჯებს და შესაძლებელს გახდის მისი სამრეწველო განაცხადს.

იშვიათი დედამიწის ელემენტების დამატება, როგორც დანამატები კომპოზიციურ მასალებში, ძირითადად როლს ასრულებს კომპოზიციური მასალების ინტერფეისის შესრულების გაუმჯობესებაში და ლითონის მატრიქსის მარცვლების დახვეწის ხელშეწყობაში. მოქმედების მექანიზმი შემდეგია.

① გააუმჯობესეთ ჭკუა ლითონის მატრიქსსა და გამაგრების ფაზას შორის. იშვიათი დედამიწის ელემენტების ელექტრონეგატიურობა შედარებით დაბალია (რაც უფრო მცირეა ლითონების ელექტრონეგატიურობა, მით უფრო აქტიურია არამეტალების ელექტრონეგატიურობა). მაგალითად, LA არის 1.1, CE არის 1.12, ხოლო y არის 1.22. საერთო ბაზის ლითონის FE- ის ელექტრონეგატიურობა არის 1.83, NI არის 1.91, ხოლო AL არის 1.61. ამრიგად, დედამიწის იშვიათი ელემენტები უპირატესობას ანიჭებენ ლითონის მატრიქსის მარცვლეულის საზღვრებს და გამაგრების ფაზას დნობის პროცესში, ამცირებს მათ ინტერფეისის ენერგიას, გაზრდის ინტერფეისის ადჰეზიურ მუშაობას, ამცირებს ჭარბწონიან კუთხეს და ამით აუმჯობესებს ჭკუას მატრიქსსა და გამაგრების ფაზას შორის. კვლევებმა აჩვენა, რომ LA ელემენტის დამატება ალუმინის მატრიქსში ეფექტურად აუმჯობესებს ALO და ალუმინის სითხის ჭრილობას და აუმჯობესებს კომპოზიციური მასალების მიკროკონსტრუქციას.

② ხელი შეუწყოს ლითონის მატრიქსის მარცვლების დახვეწას. იშვიათი დედამიწის ხსნადობა ლითონის კრისტალში მცირეა, რადგან იშვიათი დედამიწის ელემენტების ატომური რადიუსი დიდია, ხოლო ლითონის მატრიცის ატომური რადიუსი შედარებით მცირეა. იშვიათი დედამიწის ელემენტების უფრო დიდი რადიუსით შესვლა მატრიქსის ცხრილში გამოიწვევს ცხრილების დამახინჯებას, რაც გაზრდის სისტემის ენერგიას. ყველაზე დაბალი თავისუფალი ენერგიის შესანარჩუნებლად, დედამიწის იშვიათმა ატომებმა შეიძლება გამდიდრდეს მხოლოდ არარეგულარული მარცვლეულის საზღვრებისკენ, რაც გარკვეულწილად აფერხებს მატრიქსის მარცვლების თავისუფალ ზრდას. ამავდროულად, გამდიდრებული იშვიათი დედამიწის ელემენტები ასევე იწვევენ სხვა შენადნობის ელემენტებს, გაზრდის შენადნობის ელემენტების კონცენტრაციის გრადიენტს, რაც იწვევს ადგილობრივ კომპონენტს დაქვემდებარებას და თხევადი ლითონის მატრიქსის ჰეტეროგენული ბირთვული ეფექტის გაძლიერებას. გარდა ამისა, ელემენტარული სეგრეგაციით გამოწვეული ქვედაბოლო შეიძლება ასევე ხელი შეუწყოს განცალკევებული ნაერთების წარმოქმნას და გახდეს ეფექტური ჰეტეროგენული ბირთვული ნაწილაკები, რითაც ხელს უწყობს ლითონის მატრიქსის მარცვლების დახვეწას.

③ გაასუფთავეთ მარცვლეულის საზღვრები. იშვიათი დედამიწის ელემენტებსა და ისეთი ელემენტებს შორის ძლიერი თანაფარდობის გამო, როგორიცაა O, S, P, N და ა.შ., წარმოქმნის სტანდარტული თავისუფალი ენერგია ოქსიდების, სულფიდების, ფოსფიდებისა და ნიტრიდების ფორმირების სტანდარტული თავისუფალი ენერგია დაბალია. ამ ნაერთებს აქვთ მაღალი დნობის წერტილი და დაბალი სიმკვრივე, რომელთაგან ზოგი შეიძლება მოიხსნას შენადნობის სითხისგან მცურავებით, ზოგი კი მარცვლეულის შიგნით თანაბრად ნაწილდება, ამცირებს მარცვლეულის საზღვრებში მინარევების განცალკევებას, რითაც ასუფთავებს მარცვლეულის საზღვარს და აუმჯობესებს მის ძალას.

უნდა აღინიშნოს, რომ იშვიათი დედამიწის ლითონების მაღალი აქტივობისა და დაბალი დნობის წერტილის გამო, როდესაც მათ ლითონის მატრიქსის კომპოზიტს ემატება, მათი კონტაქტი ჟანგბადთან საჭიროა სპეციალურად კონტროლდება დამატების პროცესში.

დიდი რაოდენობით პრაქტიკამ დაადასტურა, რომ იშვიათი დედამიწის ოქსიდების დამატება, როგორც სტაბილიზატორები, სინთეზური შიდსი და სხვადასხვა ლითონის მატრიქსის და კერამიკული მატრიქსის კომპოზიტზე დოპინგის მოდიფიკატორები შეიძლება მნიშვნელოვნად გააუმჯობესონ მასალების სიმტკიცე და სიმკაცრე, შეამცირონ მათი სინთეზური ტემპერატურა და ამით შეამცირონ წარმოების ხარჯები. მისი მოქმედების მთავარი მექანიზმი ასეთია.

① როგორც სინთეზური დანამატი, მას შეუძლია ხელი შეუწყოს სინთეზირებას და შეამციროს ფორიანობა კომპოზიციურ მასალებში. სინთეზური დანამატების დამატებაა თხევადი ფაზის წარმოქმნა მაღალ ტემპერატურაზე, შეამციროს კომპოზიციური მასალების სინთეზური ტემპერატურა, შეაჩეროს მასალების მაღალი ტემპერატურის დაშლა სინთეზირების პროცესში და მიიღოთ მკვრივი კომპოზიციური მასალები თხევადი ფაზის სინთეზის გზით. მაღალი სტაბილურობის, მაღალი ტემპერატურის სუსტი ცვალებადობის და იშვიათი დედამიწის ოქსიდების მაღალი დნობის და დუღილის წერტილების გამო, მათ შეუძლიათ შექმნან მინის ფაზები სხვა ნედლეულით და ხელი შეუწყონ სინთეზს, რაც მათ ეფექტურ დანამატად აქცევს. ამავე დროს, იშვიათ დედამიწის ოქსიდს ასევე შეუძლია შექმნას მყარი ხსნარი კერამიკული მატრიქსით, რომელსაც შეუძლია წარმოქმნას კრისტალური დეფექტები შიგნით, გააქტიუროს ცხრილები და ხელი შეუწყოს სინთეზს.

② გააუმჯობესეთ მიკროსტრუქტურა და დახვეწეთ მარცვლეულის ზომა. გამომდინარე იქიდან, რომ დამატებული იშვიათი დედამიწის ოქსიდები ძირითადად არსებობს მატრიქსის მარცვლეულის საზღვრებში, და მათი დიდი მოცულობის გამო, იშვიათ დედამიწის ოქსიდებს აქვთ მაღალი მიგრაციის წინააღმდეგობა სტრუქტურაში, და ასევე აფერხებენ სხვა იონების მიგრაციას, რითაც ამცირებს მარცვლეულის საზღვრების მიგრაციის სიჩქარეს, ხელს უშლის მარცვლეულის ზრდის ზრდის ზრდის ზრდის დროს. მათ შეუძლიათ მიიღონ მცირე და ერთგვაროვანი მარცვლები, რაც ხელს უწყობს მკვრივი სტრუქტურების ფორმირებას; მეორეს მხრივ, დედამიწის იშვიათი ოქსიდების დოპინგით, ისინი შედიან მარცვლეულის სასაზღვრო შუშის ფაზაში, აუმჯობესებენ შუშის ფაზის სიძლიერეს და ამით მიაღწევენ მასალის მექანიკური თვისებების გაუმჯობესების მიზანს.

დედამიწის იშვიათი ელემენტები პოლიმერული მატრიქსის კომპოზიციებში ძირითადად გავლენას ახდენს მათ პოლიმერული მატრიქსის თვისებების გაუმჯობესებით. დედამიწის იშვიათმა ოქსიდებმა შეიძლება გაზარდონ პოლიმერების თერმული დაშლის ტემპერატურა, ხოლო იშვიათ დედამიწის კარბოქსილატებს შეუძლიათ გააუმჯობესონ პოლივინილ ქლორიდის თერმული სტაბილურობა. დედამიწის იშვიათი ნაერთების მქონე პოლისტიროლის დოპინგმა შეიძლება გააუმჯობესოს პოლისტიროლის სტაბილურობა და მნიშვნელოვნად გაზარდოს მისი გავლენის სიძლიერე და მომატება ძალა.