複合材料での希土類の適用

の適用希土類複合材料
希土類元素には、ユニークな4F電子構造、大きな原子磁気モーメント、強力なスピンカップリング、その他の特性があります。他の元素と複合体を形成する場合、それらの配位数は6〜12まで変化します。希土類化合物にはさまざまな結晶構造があります。希土類の特別な物理的および化学的特性により、高品質の鋼および非鉄金属、特別なガラスおよび高性能セラミック、永久磁石材料、水素貯蔵材料、発光およびレーザー材料、核材料、およびその他の畑の製錬に広く使用されています。複合材料の継続的な開発により、希土類の適用は複合材料の分野にも拡大し、不均一な材料間の界面特性を改善することに広範な注目を集めています。

複合材料の準備における希土類の主要な申請書には次のものがあります。希土類金属複合材料へ。 of形で追加します希土類酸化物複合材料へ。 polymersポリマーのドープまたは結合したポリマーは、複合材料のマトリックス材料として使用されます。上記の3つの形式の希土類アプリケーションのうち、最初の2つの形式は主に金属マトリックス複合材に追加され、3番目は主にポリマーマトリックス複合材に適用され、セラミックマトリックス複合材は主に2番目の形式で追加されます。

希土類主に、添加剤、安定剤、焼結添加剤の形で金属マトリックスとセラミックマトリックス複合材に作用し、パフォーマンスを大幅に改善し、生産コストを削減し、産業用途を可能にします。

複合材料の添加物としての希土類元素の添加は、主に複合材料の界面性能を改善し、金属マトリックス粒の洗練を促進する役割を果たします。作用メカニズムは次のとおりです。

metal金属マトリックスと強化フェーズの間の濡れ性を改善します。希土類元素の電気陰性度は比較的低い（金属の電気陰性度が小さいほど、非金属の電気陰性度が活発になります）。たとえば、LAは1.1、CEは1.12、Yは1.22です。一般的なベースメタルFeの電気陰性度は1.83、Niは1.91、Alは1.61です。したがって、希土類元素は、製錬プロセス中に金属マトリックスの粒界と補強相の粒界に優先的に吸着し、界面エネルギーを減らし、界面の接着作業を増加させ、湿潤角を減らし、マトリックスと補助段階間の濡れ性を改善します。研究により、アルミニウムマトリックスにLA要素を添加すると、ALOとアルミニウム液の濡れ性が効果的に改善され、複合材料の微細構造が改善されることが示されています。

bemen金属マトリックス粒の洗練を促進します。希土類元素の原子半径は大きく、金属マトリックスの原子半径は比較的小さいため、金属結晶の希土類の溶解度は小さくなります。マトリックス格子への半径が大きい希土類元素の侵入は、格子歪みを引き起こし、システムエネルギーが増加します。最低の自由エネルギーを維持するために、希土類原子は不規則な穀物境界に向かって濃縮することしかできず、マトリックス粒の自由成長をある程度妨げます。同時に、濃縮された希土類元素は、他の合金要素を吸着させ、合金要素の濃度勾配を増加させ、局所成分の下着を引き起こし、液体金属マトリックスの不均一な核生成効果を高めます。さらに、元素の分離によって引き起こされる加入は、分離化合物の形成を促進し、効果的な不均一な核形成粒子になり、それによって金属マトリックス粒の洗練を促進することもできます。

穀物境界を浄化します。希土類元素とO、S、P、Nなどの要素との間の強い親和性のため、酸化物、硫化物、リン化物、およびニトリドの標準的な自由エネルギーは低いです。これらの化合物には高い融点と低密度があり、その一部は合金液から浮かんで除去できますが、他の化合物は粒子内に均等に分布し、粒境界での不純物の分離を減らし、それにより粒界を精製し、その強度を改善します。

希土類金属の活性が高く、融点が低いため、金属マトリックス複合材に加えられると、酸素との接触は添加プロセス中に特別に制御する必要があることに注意してください。

多数の慣行により、希少地球酸化物を安定剤、焼結エイズ、およびドーピング修飾子として異なる金属マトリックスとセラミックマトリックスコンポジットに添加すると、材料の強度と靭性が大幅に向上し、焼結温度が低下し、生産コストを削減できることが証明されています。その作用の主なメカニズムは次のとおりです。

cent添加剤として、焼結を促進し、複合材料の多孔度を減らすことができます。焼結添加剤の添加は、高温で液相を生成し、複合材料の焼結温度を下げ、焼結プロセス中に材料の高温分解を阻害し、液相焼結を通じて密な複合材料を取得することです。安定性が高く、高温の揮発性が弱く、希土類酸化物の融点と沸点が高いため、他の原材料でガラス相を形成し、焼結を促進することができ、効果的な添加物になります。同時に、希土類酸化物は、セラミックマトリックスと結晶溶液を形成することもできます。セラミックマトリックスは、内部の結晶欠陥を生成し、格子を活性化し、焼結を促進することができます。

微細構造を改善し、穀物サイズを改良します。追加された希土類酸化物が主にマトリックスの粒界に存在し、その大容量により、希土類酸化物は構造内の移動抵抗が高く、他のイオンの移動を妨げ、それによって穀物境界の移動速度が低下し、粒子の成長を阻害し、粘性骨材の骨材の異性成長を妨げます。彼らは、密な構造の形成を助長する小さな均一な穀物を得ることができます。一方、希土類酸化物をドーピングすることにより、それらは粒界ガラス相に入り、ガラス相の強度を改善し、材料の機械的特性を改善するという目標を達成します。

ポリマーマトリックス複合材料の希土類元素は、ポリマーマトリックスの特性を改善することにより、主にそれらに影響を与えます。希土類酸化物は、ポリマーの熱分解温度を上げることができますが、希土類カルボン酸塩は塩化ポリビニルの熱安定性を改善できます。希土類化合物を使用したポリスチレンをドーピングすると、ポリスチレンの安定性が向上し、衝撃強度と曲げ強度が大幅に向上します。