Ի՞նչ ազդեցություն ունեն հազվագյուտ հողային օքսիդները կերամիկական ծածկույթների վրա։

Կերամիկան, մետաղական նյութերը և պոլիմերային նյութերը թվարկված են որպես երեք հիմնական պինդ նյութեր: Կերամիկան ունի բազմաթիվ գերազանց հատկություններ, ինչպիսիք են բարձր ջերմաստիճանային դիմադրությունը, կոռոզիայի դիմադրությունը, մաշվածության դիմադրությունը և այլն, քանի որ կերամիկայի ատոմային կապի ռեժիմը իոնային կապ է, կովալենտ կապ կամ խառը իոնային-կովալենտ կապ՝ բարձր կապի էներգիայով: Կերամիկական ծածկույթը կարող է փոխել հիմքի արտաքին մակերեսի տեսքը, կառուցվածքը և կատարողականությունը: Ծածկույթ-ենթաշերտ կոմպոզիտը նախընտրելի է իր նոր կատարողականության համար: Այն կարող է օրգանական կերպով համատեղել հիմքի սկզբնական բնութագրերը կերամիկական նյութերի բարձր ջերմաստիճանային դիմադրության, բարձր մաշվածության դիմադրության և բարձր կոռոզիայի դիմադրության բնութագրերի հետ և լիարժեքորեն օգտագործել երկու տեսակի նյութերի համապարփակ առավելությունները, ուստի այն լայնորեն կիրառվում է ավիատիեզերական, ավիացիոն, ազգային պաշտպանության, քիմիական արդյունաբերության և այլ ոլորտներում:

Հազվագյուտ հողային մետաղները կոչվում են նոր նյութերի «գանձարան»՝ իրենց եզակի 4f էլեկտրոնային կառուցվածքի և ֆիզիկական ու քիմիական հատկությունների պատճառով: Այնուամենայնիվ, մաքուր հազվագյուտ հողային մետաղները հազվադեպ են ուղղակիորեն օգտագործվում հետազոտություններում, և հիմնականում օգտագործվում են հազվագյուտ հողային միացությունները: Ամենատարածված միացություններն են CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS և հազվագյուտ հողային ֆերոսիլիցիումը: Այս հազվագյուտ հողային միացությունները կարող են բարելավել կերամիկական նյութերի և կերամիկական ծածկույթների կառուցվածքն ու հատկությունները:

Հազվագյուտ հողային օքսիդների կիրառումը կերամիկական նյութերում

Հազվագյուտ հողային տարրերի՝ որպես կայունացուցիչների և սինտերացման օժանդակ նյութերի ավելացումը տարբեր կերամիկաներին կարող է նվազեցնել սինտերացման ջերմաստիճանը, բարելավել որոշ կառուցվածքային կերամիկաների ամրությունն ու կարծրությունը և այդպիսով նվազեցնել արտադրության արժեքը: Միևնույն ժամանակ, հազվագյուտ հողային տարրերը շատ կարևոր դեր են խաղում նաև կիսահաղորդչային գազային սենսորներում, միկրոալիքային միջավայրերում, պիեզոէլեկտրական կերամիկայում և այլ ֆունկցիոնալ կերամիկաներում: Հետազոտությունը ցույց է տվել, որ երկու կամ ավելի հազվագյուտ հողային օքսիդներ միասին ավելացնելը ալյումինե կերամիկային ավելի լավ է, քան մեկ հազվագյուտ հողային օքսիդ ավելացնելը ալյումինե կերամիկային: Օպտիմալացման փորձարկումից հետո Y2O3+CeO2-ը լավագույն ազդեցությունն ունի: Երբ 1490℃ ջերմաստիճանում ավելացվում է 0.2%Y2O3+0.2%CeO2, սինտերացված նմուշների հարաբերական խտությունը կարող է հասնել 96.2%-ի, ինչը գերազանցում է ցանկացած հազվագյուտ հողային օքսիդ Y2O3-ով կամ CeO2-ով առանձին նմուշների խտությունը:

La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3-ի ազդեցությունը սինտերացման խթանման վրա ավելի լավ է, քան միայն La2O3 ավելացնելը, և մաշվածության դիմադրությունը ակնհայտորեն բարելավվում է։ Սա նաև ցույց է տալիս, որ երկու հազվագյուտ հողային օքսիդների խառնումը պարզ ավելացում չէ, այլ դրանց միջև կա փոխազդեցություն, որն ավելի օգտակար է ալյումինե կերամիկայի սինտերացման և կատարողականի բարելավման համար, սակայն սկզբունքը դեռ ուսումնասիրման կարիք ունի։

Բացի այդ, պարզվել է, որ խառը հազվագյուտ հողային մետաղների օքսիդների ավելացումը որպես սինտերացման օժանդակ նյութեր կարող է բարելավել նյութերի միգրացիան, խթանել MgO կերամիկայի սինտերացումը և բարելավել խտությունը: Սակայն, երբ խառը մետաղների օքսիդի պարունակությունը գերազանցում է 15%-ը, հարաբերական խտությունը նվազում է, իսկ բաց ծակոտկենությունը մեծանում է:

Երկրորդ՝ հազվագյուտ հողային օքսիդների ազդեցությունը կերամիկական ծածկույթների հատկությունների վրա

Գոյություն ունեցող հետազոտությունները ցույց են տալիս, որ հազվագյուտ հողային տարրերը կարող են կատարելագործել հատիկի չափը, մեծացնել խտությունը, բարելավել միկրոկառուցվածքը և մաքրել միջերեսը։ Այն յուրահատուկ դեր է խաղում կերամիկական ծածկույթների ամրության, ամրության, կարծրության, մաշվածության դիմադրության և կոռոզիոն դիմադրության բարելավման գործում, ինչը որոշակիորեն բարելավում է կերամիկական ծածկույթների աշխատանքը և ընդլայնում կերամիկական ծածկույթների կիրառման շրջանակը։

1

Կերամիկական ծածկույթների մեխանիկական հատկությունների բարելավումը հազվագյուտ հողային օքսիդներով

Հազվագյուտ հողային օքսիդները կարող են զգալիորեն բարելավել կերամիկական ծածկույթների կարծրությունը, ծռման ամրությունը և ձգման ամրությունը: Փորձարարական արդյունքները ցույց են տալիս, որ ծածկույթի ձգման ամրությունը կարող է արդյունավետորեն բարելավվել՝ Lao_2-ը որպես հավելանյութ օգտագործելով Al2O3+3% TiO_2 նյութում, և ձգման ամրությունը կարող է հասնել 27.36 ՄՊա-ի, երբ Lao_2-ի քանակը 6.0% է: Cr2O3 նյութին CeO2-ի 3.0% և 6.0% զանգվածային մասնաբաժնով ավելացնելով՝ ծածկույթի ձգման ամրությունը 18~25 ՄՊա միջակայքում է, ինչը ավելի մեծ է, քան սկզբնական 12~16 ՄՊա-ն: Այնուամենայնիվ, երբ CeO2-ի պարունակությունը 9.0% է, ձգման ամրությունը նվազում է մինչև 12~15 ՄՊա:

2

Հազվագյուտ հողային կերամիկական ծածկույթի ջերմային հարվածի դիմադրության բարելավում

Ջերմային հարվածի դիմադրության թեստը կարևոր թեստ է, որը որակապես արտացոլում է ծածկույթի և հիմքի միջև կպչունության ամրությունը և ծածկույթի ու հիմքի միջև ջերմային ընդարձակման գործակցի համապատասխանությունը: Այն անմիջականորեն արտացոլում է ծածկույթի՝ օգտագործման ընթացքում ջերմաստիճանի հերթական փոփոխության ժամանակ թեփոտմանը դիմակայելու ունակությունը, ինչպես նաև արտացոլում է ծածկույթի՝ մեխանիկական հարվածային հոգնածությանը դիմակայելու ունակությունը և հիմքի հետ կողքից կպչունության ունակությունը: Հետևաբար, այն նաև կերամիկական ծածկույթի որակը գնահատելու հիմնական գործոն է:

Հետազոտությունները ցույց են տալիս, որ 3.0% CeO2-ի ավելացումը կարող է նվազեցնել ծածկույթի ծակոտկենությունը և ծակոտիների չափը, ինչպես նաև նվազեցնել լարվածության կոնցենտրացիան ծակոտիների եզրերին, այդպիսով բարելավելով Cr2O3 ծածկույթի ջերմային հարվածի դիմադրությունը: Այնուամենայնիվ, Al2O3 կերամիկական ծածկույթի ծակոտկենությունը նվազել է, իսկ ծածկույթի կպչունության ամրությունը և ջերմային հարվածի դիմացկունության ժամկետը զգալիորեն աճել են LaO2 ավելացնելուց հետո: Երբ LaO2-ի ավելացման քանակը կազմում է 6% (զանգվածային մաս), ծածկույթի ջերմային հարվածի դիմադրությունը լավագույնն է, և ջերմային հարվածի դիմացկունության ժամկետը կարող է հասնել 218 անգամի, մինչդեռ առանց LaO2 ծածկույթի ջերմային հարվածի դիմացկունության ժամկետը ընդամենը 163 անգամ է:

3

Հազվագյուտ հողային օքսիդները ազդում են ծածկույթների մաշվածության դիմադրության վրա

Կերամիկական ծածկույթների մաշվածության դիմադրությունը բարելավելու համար օգտագործվող հազվագյուտ հողային օքսիդները հիմնականում CeO2-ը և La2O3-ն են: Դրանց վեցանկյուն շերտավոր կառուցվածքը կարող է ցուցաբերել լավ քսող գործառույթ և պահպանել կայուն քիմիական հատկություններ բարձր ջերմաստիճանում, ինչը կարող է արդյունավետորեն բարելավել մաշվածության դիմադրությունը և նվազեցնել շփման գործակիցը:

Հետազոտությունները ցույց են տալիս, որ CeO2-ի համապատասխան քանակությամբ ծածկույթի շփման գործակիցը փոքր է և կայուն։ Հաղորդվել է, որ պլազմային ցողված նիկելային հիմքով կերմետային ծածկույթին La2O3-ի ավելացումը կարող է ակնհայտորեն նվազեցնել շփման մաշվածությունը և ծածկույթի շփման գործակիցը, և շփման գործակիցը կայուն է՝ փոքր տատանումներով։ Առանց հազվագյուտ հողերի ծածկույթի շերտի մաշվածության մակերեսը ցույց է տալիս լուրջ կպչունություն, փխրուն կոտրվածք և պատռվածք։ Սակայն հազվագյուտ հողեր պարունակող ծածկույթը ցույց է տալիս թույլ կպչունություն մաշված մակերեսին, և մեծ մակերեսի փխրուն պատռվածքի նշաններ չկան։ Հազվագյուտ հողերով լեգիրված ծածկույթի միկրոկառուցվածքն ավելի խիտ և կոմպակտ է, իսկ ծակոտիները փոքրանում են, ինչը նվազեցնում է մանրադիտակային մասնիկների կողմից կրվող միջին շփման ուժը և նվազեցնում է շփումը և մաշվածությունը։ Հազվագյուտ հողերի լեգիրումը կարող է նաև մեծացնել կերմետների բյուրեղային հարթության հեռավորությունը։ Դա հանգեցնում է երկու բյուրեղային մակերեսների միջև փոխազդեցության ուժի փոփոխության և նվազեցնում է շփման գործակիցը։

Ամփոփում.

Չնայած հազվագյուտ հողային օքսիդները մեծ նվաճումներ են ունեցել կերամիկական նյութերի և ծածկույթների կիրառման մեջ, որոնք կարող են արդյունավետորեն բարելավել կերամիկական նյութերի և ծածկույթների միկրոկառուցվածքը և մեխանիկական հատկությունները, դեռևս կան բազմաթիվ անհայտ հատկություններ, մասնավորապես՝ շփման և մաշվածության նվազեցման գործում: Ինչպես ապահովել նյութերի ամրության և մաշվածության դիմադրության համադրությունը դրանց քսայուղային հատկությունների հետ, դարձել է կարևոր ուղղություն, որը արժանի է քննարկման տրիբոլոգիայի ոլորտում:

Հեռ․՝ +86-21-20970332Էլ․ փոստ：info@shxlchem.com