セラミックコーティングにおける希土類酸化物の影響は何ですか?

三大固体材料としては、セラミックス、金属材料、高分子材料が挙げられます。セラミックスは、原子の結合様式がイオン結合、共有結合、あるいは結合エネルギーの高いイオン共有結合の混合であるため、耐高温性、耐食性、耐摩耗性など多くの優れた特性を持っています。セラミックコーティングは、基材の外表面の外観、構造、性能を変えることができます。コーティングと基材の複合材料は、その新しい性能のために好まれています。基材本来の特性とセラミック材料の耐高温性、高耐摩耗性、高耐食性などの特性を有機的に組み合わせ、両者の総合的な利点を最大限に発揮できるため、航空宇宙分野で広く使用されています。 、航空、国防、化学産業、その他の産業。

レアアースはその独特な4f電子構造と物理的・化学的性質から新素材の宝庫と呼ばれています。ただし、純粋な希土類金属が研究に直接使用されることはほとんどなく、主に希土類化合物が使用されます。最も一般的な化合物は、CeO2、La2O3、Y2O3、LaF3、CeF、CeS、および希土類フェロシリコンです。これらの希土類化合物は、セラミック材料およびセラミックコーティングの構造と特性を向上させることができます。

I セラミック材料への希土類酸化物の応用

安定剤および焼結助剤として希土類元素をさまざまなセラミックに添加すると、焼結温度が下がり、一部の構造用セラミックの強度と靱性が向上し、生産コストが削減されます。同時に、希土類元素は、半導体ガスセンサー、マイクロ波媒体、圧電セラミックスなどの機能性セラミックスにおいても非常に重要な役割を果たしています。この研究により、2つ以上の希土類酸化物を一緒にアルミナセラミックに添加する方が、単一の希土類酸化物をアルミナセラミックに添加するよりも優れていることがわかりました。最適化テストの後、Y2O3+CeO2 が最も効果的です。 0.2%Y2O3+0.2%CeO2を1490℃で添加すると、焼結サンプルの相対密度は96.2%に達し、希土類酸化物Y2O3またはCeO2単独のサンプルの密度を超える。

La2O3+Y2O3、Sm2O3+La2O3の焼結促進効果はLa2O3のみを添加した場合よりも優れており、耐摩耗性は明らかに向上している。また、2 つの希土類酸化物の混合は単純な添加ではなく、それらの間に相互作用があり、それがアルミナ セラミックの焼結と性能向上にさらに有益であることも示していますが、その原理はまだ研究されていません。

さらに、混合希土類金属酸化物を焼結助剤として添加すると、材料の移行が改善され、MgO セラミックスの焼結が促進され、密度が向上することがわかりました。しかしながら、混合金属酸化物の含有量が１５％を超えると、相対密度が低下し、開気孔率が増加する。

第二に、セラミックコーティングの特性に対する希土類酸化物の影響

既存の研究では、希土類元素が粒子サイズを微細化し、密度を高め、微細構造を改善し、界面を浄化できることが示されています。セラミックコーティングの強度、靱性、硬度、耐摩耗性、耐食性を向上させる独自の役割を果たし、セラミックコーティングの性能をある程度向上させ、セラミックコーティングの適用範囲を広げます。

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希土類酸化物によるセラミックコーティングの機械的特性の改善

希土類酸化物は、セラミックコーティングの硬度、曲げ強度、引張接着強度を大幅に向上させることができます。実験結果は、Al2O3+3%TiO_2材料の添加剤としてLao_2を使用することにより、コーティングの引張強度が効果的に改善され、Lao_2の量が6.0の場合、引張接着強度が27.36MPaに達することができることを示している。 %。質量分率3.0%と6.0%のCeO2をCr2O3材料に添加すると、コーティングの引張接合強度は18〜25MPaとなり、元の12〜16MPaよりも大きくなります。ただし、CeO2の含有量が9.0%の場合、引張接合強度は18〜25MPaになります。接着強度は12～15MPaまで低下します。

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レアアースによるセラミックコーティングの耐熱衝撃性向上

耐熱衝撃性試験は、塗膜と基材の接着強度や塗膜と基材の熱膨張係数の整合性を定性的に反映する重要な試験です。使用中に交互に温度が変化した場合の塗膜の剥がれにくさを直接反映するほか、機械的衝撃疲労に対する塗膜の耐久性や側面からの基材との密着性も反映します。セラミックコーティングの品質。

この研究では、3.0% CeO2 の添加により、コーティング内の気孔率と細孔サイズが減少し、細孔の端での応力集中が減少し、Cr2O3 コーティングの耐熱衝撃性が向上することが示されています。しかし、LaO2 を添加すると、Al2O3 セラミックコーティングの気孔率が減少し、コーティングの結合強度と熱衝撃破壊寿命が明らかに増加しました。 LaO2の添加量が6％（質量分率）の場合、コーティングの耐熱衝撃性は最高であり、熱衝撃破壊寿命は218回に達することができますが、LaO2を含まないコーティングの熱衝撃破壊寿命はわずか163回です回。

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希土類酸化物はコーティングの耐摩耗性に影響を与えます

セラミックコーティングの耐摩耗性を向上させるために使用される希土類酸化物は、主に CeO2 と La2O3 です。六角形の層状構造は優れた潤滑機能を発揮し、高温でも安定した化学的性質を維持することができ、耐摩耗性を効果的に向上させ、摩擦係数を低減します。

研究の結果、適切な量の CeO2 を含むコーティングの摩擦係数は小さく、安定していることがわかりました。プラズマ溶射ニッケル基サーメットコーティングに La2O3 を添加すると、コーティングの摩擦摩耗と摩擦係数が明らかに減少し、摩擦係数はほとんど変動せずに安定していることが報告されています。レアアースを含まないクラッド層の摩耗表面は、深刻な付着力と脆性破壊および剥離を示しますが、レアアースを含むコーティングは摩耗表面で弱い付着力を示し、大面積の脆性剥離の兆候はありません。レアアースをドープしたコーティングの微細構造はより緻密かつ緻密であり、細孔が減少するため、微細な粒子が負担する平均摩擦力が減少し、摩擦と摩耗が減少します。レアアースをドープすると、サーメットの結晶面距離を長くすることもできます。 2 つの結晶面間の相互作用力の変化に影響を与え、摩擦係数を低減します。

まとめ：

希土類酸化物は、セラミック材料およびコーティングの微細構造および機械的特性を効果的に改善できるセラミック材料およびコーティングの適用において多大な成果を上げてきましたが、特に摩擦と摩耗の低減に関しては、まだ不明な特性が多くあります。材料の強度と耐摩耗性が潤滑特性と連携することは、トライボロジーの分野で議論する価値のある重要な方向となっています。

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