რა გავლენას ახდენს იშვიათმიწა ოქსიდები კერამიკულ საფარებში?

კერამიკა, ლითონის მასალები და პოლიმერული მასალები სამ ძირითად მყარ მასალად ითვლება. კერამიკას აქვს მრავალი შესანიშნავი თვისება, როგორიცაა მაღალი ტემპერატურისადმი მდგრადობა, კოროზიისადმი მდგრადობა, ცვეთამედეგობა და ა.შ., რადგან კერამიკის ატომური შეერთების რეჟიმი არის იონური ბმა, კოვალენტური ბმა ან შერეული იონ-კოვალენტური ბმა მაღალი ბმის ენერგიით. კერამიკულ საფარს შეუძლია შეცვალოს სუბსტრატის გარე ზედაპირის გარეგნობა, სტრუქტურა და მახასიათებლები, საფარი-სუბსტრატის კომპოზიტი უპირატესობას ანიჭებს მისი ახალი მახასიათებლების გამო. მას შეუძლია ორგანულად გააერთიანოს სუბსტრატის ორიგინალური მახასიათებლები კერამიკული მასალების მაღალი ტემპერატურისადმი მდგრადობის, მაღალი ცვეთამედეგობის და მაღალი კოროზიისადმი მდგრადობის მახასიათებლებთან და სრულად გამოიყენოს ორი სახის მასალის ყოვლისმომცველი უპირატესობები, ამიტომ იგი ფართოდ გამოიყენება აერონავტიკაში, ავიაციაში, ეროვნულ თავდაცვაში, ქიმიურ მრეწველობასა და სხვა დარგებში.

იშვიათმიწა მეტალებს ახალი მასალების „საგანძურს“ უწოდებენ მისი უნიკალური 4f ელექტრონული სტრუქტურისა და ფიზიკური და ქიმიური თვისებების გამო. თუმცა, სუფთა იშვიათმიწა მეტალები იშვიათად გამოიყენება უშუალოდ კვლევაში და ძირითადად იშვიათმიწა მეტალები გამოიყენება. ყველაზე გავრცელებული ნაერთებია CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS და იშვიათმიწა მეტალები ფეროსილიციუმი. ამ იშვიათმიწა მეტალებს შეუძლიათ გააუმჯობესონ კერამიკული მასალებისა და კერამიკული საფარების სტრუქტურა და თვისებები.

იშვიათმიწა ოქსიდების გამოყენება კერამიკულ მასალებში I

იშვიათმიწა ელემენტების სტაბილიზატორებისა და შედუღების დამხმარე საშუალებების სახით სხვადასხვა კერამიკაში დამატება ამცირებს შედუღების ტემპერატურას, აუმჯობესებს ზოგიერთი სტრუქტურული კერამიკის სიმტკიცესა და სიმტკიცეს და ამით ამცირებს წარმოების ღირებულებას. ამავდროულად, იშვიათმიწა ელემენტები ასევე ძალიან მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ ნახევარგამტარული გაზის სენსორებში, მიკროტალღურ მედიაში, პიეზოელექტრულ კერამიკასა და სხვა ფუნქციურ კერამიკაში. კვლევამ აჩვენა, რომ ალუმინის კერამიკაში ორი ან მეტი იშვიათმიწა ოქსიდის ერთად დამატება უკეთესია, ვიდრე ალუმინის კერამიკაში ერთი იშვიათმიწა ოქსიდის დამატება. ოპტიმიზაციის ტესტის შემდეგ, Y2O3+CeO2-ს აქვს საუკეთესო ეფექტი. როდესაც 0.2%Y2O3+0.2%CeO2 ემატება 1490℃-ზე, შედუღებული ნიმუშების ფარდობითი სიმკვრივე შეიძლება მიაღწიოს 96.2%-ს, რაც აღემატება ნებისმიერი იშვიათმიწა ოქსიდის Y2O3-ით ან CeO2-ით მხოლოდ ნიმუშების სიმკვრივეს.

La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3-ის ეფექტი შედუღების ხელშეწყობაზე უკეთესია, ვიდრე მხოლოდ La2O3-ის დამატება და ცვეთამედეგობა აშკარად გაუმჯობესებულია. ეს ასევე აჩვენებს, რომ ორი იშვიათმიწა ოქსიდის შერევა მარტივი დამატება არ არის, არამედ მათ შორის ურთიერთქმედებაა, რაც უფრო სასარგებლოა ალუმინის კერამიკის შედუღებისა და მახასიათებლების გაუმჯობესებისთვის, თუმცა პრინციპი ჯერ კიდევ შესასწავლია.

გარდა ამისა, დადგინდა, რომ შერეული იშვიათმიწა ლითონების ოქსიდების დამატება, როგორც შედუღების დამხმარე საშუალებების, შეუძლია გააუმჯობესოს მასალების მიგრაცია, ხელი შეუწყოს MgO კერამიკის შედუღებას და გააუმჯობესოს სიმკვრივე. თუმცა, როდესაც შერეული ლითონების ოქსიდის შემცველობა 15%-ზე მეტია, ფარდობითი სიმკვრივე მცირდება და ღია ფორიანობა იზრდება.

მეორე, იშვიათმიწა ოქსიდების გავლენა კერამიკული საფარის თვისებებზე

არსებული კვლევები აჩვენებს, რომ იშვიათმიწა ელემენტებს შეუძლიათ მარცვლის ზომის დახვეწა, სიმკვრივის გაზრდა, მიკროსტრუქტურის გაუმჯობესება და ინტერფეისის გაწმენდა. ის უნიკალურ როლს ასრულებს კერამიკული საფარების სიმტკიცის, სიმტკიცის, სიმტკიცის, ცვეთამედეგობისა და კოროზიისადმი მდგრადობის გაუმჯობესებაში, რაც გარკვეულწილად აუმჯობესებს კერამიკული საფარების მუშაობას და აფართოებს კერამიკული საფარების გამოყენების დიაპაზონს.

1

კერამიკული საფარის მექანიკური თვისებების გაუმჯობესება იშვიათმიწა ოქსიდებით

იშვიათმიწა ოქსიდებს შეუძლიათ მნიშვნელოვნად გააუმჯობესონ კერამიკული საფარის სიმტკიცე, მოხრის სიმტკიცე და დაჭიმვისადმი შემაკავშირებელი სიმტკიცე. ექსპერიმენტული შედეგები აჩვენებს, რომ საფარის დაჭიმვის სიმტკიცის ეფექტურად გაუმჯობესება შესაძლებელია Lao _2-ის გამოყენებით, როგორც დანამატისა Al2O3+3% TiO _2 მასალაში, და დაჭიმვისადმი შემაკავშირებელი სიმტკიცის მიღწევა შესაძლებელია 27.36 მპა-მდე, როდესაც Lao _2-ის რაოდენობა 6.0%-ია. Cr2O3 მასალაში CeO2-ის 3.0%-დან 6.0%-მდე მასური ფრაქციით დამატებით, საფარის დაჭიმვისადმი შემაკავშირებელი სიმტკიცე 18~25 მპა-ს შორისაა, რაც აღემატება საწყის 12~16 მპა-ს. თუმცა, როდესაც CeO2-ის შემცველობა 9.0%-ია, დაჭიმვისადმი შემაკავშირებელი სიმტკიცე მცირდება 12~15 მპა-მდე.

2

კერამიკული საფარის თერმული დარტყმისადმი მდგრადობის გაუმჯობესება იშვიათმიწა ნიადაგებით

თერმული დარტყმისადმი მდგრადობის ტესტი მნიშვნელოვანი ტესტია, რომელიც ხარისხობრივად ასახავს საფარსა და სუბსტრატს შორის შეკავშირების სიმტკიცეს და საფარსა და სუბსტრატს შორის თერმული გაფართოების კოეფიციენტს. ის პირდაპირ ასახავს საფარის უნარს, გაუძლოს აქერცვლას გამოყენების დროს ტემპერატურის მონაცვლეობით ცვლილებისას და ასევე ასახავს საფარის უნარს, გაუძლოს მექანიკურ დარტყმით დაძაბულობას და გვერდიდან სუბსტრატთან შეკავშირების უნარს. ამიტომ, ეს ასევე ძირითადი ფაქტორია კერამიკული საფარის ხარისხის შესაფასებლად.

კვლევა აჩვენებს, რომ 3.0% CeO2-ის დამატება ამცირებს საფარში ფორიანობას და ფორების ზომას, ასევე ფორების კიდეებზე დაძაბულობის კონცენტრაციას, რითაც აუმჯობესებს Cr2O3 საფარის თერმული დარტყმისადმი მდგრადობას. თუმცა, Al2O3 კერამიკული საფარის ფორიანობა შემცირდა, ხოლო LaO2-ის დამატების შემდეგ საფარის შემაკავშირებელი სიმტკიცე და თერმული დარტყმისადმი უკმარისობის ვადა მნიშვნელოვნად გაიზარდა. როდესაც LaO2-ის დამატების რაოდენობა 6%-ია (მასური წილი), საფარის თერმული დარტყმისადმი მდგრადობა საუკეთესოა და თერმული დარტყმისადმი უკმარისობის ვადა შეიძლება 218-ჯერ გაიზარდოს, მაშინ როდესაც LaO2-ის გარეშე საფარის თერმული დარტყმისადმი უკმარისობის ვადა მხოლოდ 163-ჯერ იზრდება.

3

იშვიათმიწა ოქსიდები გავლენას ახდენენ საფარების ცვეთის წინააღმდეგობაზე

კერამიკული საფარის ცვეთამედეგობის გასაუმჯობესებლად გამოყენებული იშვიათმიწა ოქსიდები ძირითადად CeO2 და La2O3-ია. მათი ექვსკუთხა ფენოვანი სტრუქტურა ავლენს კარგ შეზეთვის ფუნქციას და ინარჩუნებს სტაბილურ ქიმიურ თვისებებს მაღალ ტემპერატურაზე, რაც ეფექტურად აუმჯობესებს ცვეთამედეგობას და ამცირებს ხახუნის კოეფიციენტს.

კვლევა აჩვენებს, რომ CeO2-ის სათანადო რაოდენობით შემცველი საფარის ხახუნის კოეფიციენტი მცირე და სტაბილურია. ცნობილია, რომ პლაზმურად შესხურებულ ნიკელზე დაფუძნებულ კერმეტის საფარში La2O3-ის დამატებამ შეიძლება მნიშვნელოვნად შეამციროს ხახუნის ცვეთა და საფარის ხახუნის კოეფიციენტი, ხოლო ხახუნის კოეფიციენტი სტაბილურია მცირე რყევებით. იშვიათმიწა ელემენტების გარეშე საფარის ფენის ცვეთის ზედაპირი ავლენს სერიოზულ ადჰეზიას და მყიფე მსხვრევას და დახეთქვას. თუმცა, იშვიათმიწა ელემენტების შემცველი საფარი ავლენს სუსტ ადჰეზიას ცვეთილ ზედაპირზე და არ არსებობს დიდი ფართობის მყიფე დახეთქვას ნიშნები. იშვიათმიწა ელემენტებით დოპირებული საფარის მიკროსტრუქტურა უფრო მკვრივი და კომპაქტურია, ხოლო ფორები შემცირებულია, რაც ამცირებს მიკროსკოპული ნაწილაკების მიერ წარმოქმნილ საშუალო ხახუნის ძალას და ამცირებს ხახუნს და ცვეთას. იშვიათმიწა ელემენტების დოპირებამ ასევე შეიძლება გაზარდოს კერმეტების კრისტალური სიბრტყის მანძილი. ეს იწვევს ორ კრისტალის ზედაპირს შორის ურთიერთქმედების ძალის ცვლილებას და ამცირებს ხახუნის კოეფიციენტს.

რეზიუმე:

მიუხედავად იმისა, რომ იშვიათმიწა ოქსიდებმა დიდი მიღწევები მიაღწიეს კერამიკული მასალებისა და საფარების გამოყენებაში, რამაც შეიძლება ეფექტურად გააუმჯობესოს კერამიკული მასალებისა და საფარების მიკროსტრუქტურა და მექანიკური თვისებები, ჯერ კიდევ ბევრი უცნობი თვისებაა, განსაკუთრებით ხახუნისა და ცვეთის შემცირების კუთხით. ტრიბოლოგიის სფეროში მნიშვნელოვანი განხილვის ღირსი მიმართულება გახდა მასალების სიმტკიცისა და ცვეთისადმი წინააღმდეგობის ურთიერთქმედება მათ საპოხი თვისებებთან.

ტელ: +86-21-20970332ელ. ფოსტა：info@shxlchem.com