Ховор шороог нийлмэл материалд ашиглах

-ийн өргөдөлХовор ДэлхийНийлмэл материалууд
Газрын ховор элемент нь өвөрмөц 4f электрон бүтэцтэй, том атомын соронзон момент, хүчтэй эргэх холбоо болон бусад шинж чанартай байдаг. Бусад элементүүдтэй цогцолбор үүсгэх үед тэдгээрийн зохицуулалтын тоо 6-12 хооронд хэлбэлзэж болно. Газрын ховор нэгдлүүд нь янз бүрийн болор бүтэцтэй байдаг. Газрын ховор элементийн физик, химийн онцгой шинж чанар нь тэдгээрийг өндөр чанартай ган, өнгөт металл, тусгай шил, өндөр хүчин чадалтай керамик, байнгын соронзон материал, устөрөгчийн агуулах материал, гэрэлтэгч болон лазерын материал, цөмийн материал хайлуулахад өргөнөөр ашигладаг. , болон бусад талбарууд. Нийлмэл материал тасралтгүй хөгжихийн хэрээр газрын ховор элементийн хэрэглээ нь нийлмэл материалын салбарт өргөжин тэлж, нэг төрлийн бус материалуудын хоорондын интерфейсийн шинж чанарыг сайжруулахад олны анхаарлыг татаж байна.

Нийлмэл материал бэлтгэхэд газрын ховор элементийг хэрэглэх үндсэн хэлбэрүүд нь: ① нэмэхгазрын ховор металлнийлмэл материалд; ② хэлбэрээр нэмнэгазрын ховор оксиднийлмэл материал руу; ③ Полимер доторх газрын ховор металлаар холбосон полимеруудыг нийлмэл материалд матрицын материал болгон ашигладаг. Дээр дурдсан газрын ховор элементийн хэрэглээний гурван хэлбэрээс эхний хоёр хэлбэрийг ихэвчлэн металл матрицын нийлмэл материалд, гурав дахь хэлбэрийг полимер матрицын нийлмэл материалд, керамик матрицын нийлмэл материалыг хоёр дахь хэлбэрээр голчлон нэмдэг.

Ховор шороометалл матриц болон керамик матрицын нийлмэл материалд нэмэлт, тогтворжуулагч, агломерын нэмэлт хэлбэрээр голчлон үйлчилж, тэдгээрийн гүйцэтгэлийг ихээхэн сайжруулж, үйлдвэрлэлийн зардлыг бууруулж, үйлдвэрлэлийн зориулалтаар ашиглах боломжтой болгодог.

Газрын ховор элементийг нийлмэл материалд нэмэлт болгон нэмэх нь нийлмэл материалын интерфейсийн гүйцэтгэлийг сайжруулах, металл матрицын ширхэгийг боловсронгуй болгоход гол үүрэг гүйцэтгэдэг. Үйлдлийн механизм нь дараах байдалтай байна.

① Металл матриц ба арматурын үе хоорондын чийгшүүлэх чадварыг сайжруулна. Газрын ховор элементийн цахилгаан сөрөг чанар харьцангуй бага (металлын цахилгаан сөрөг чанар бага байх тусам металл бусын цахилгаан сөрөг чанар илүү идэвхтэй байдаг). Жишээлбэл, La нь 1.1, Ce нь 1.12, Y нь 1.22 байна. Энгийн үндсэн металл Fe-ийн цахилгаан сөрөг чанар 1.83, Ni 1.91, Al 1.61 байна. Иймээс газрын ховор элементүүд нь хайлуулах явцад металл матриц болон арматурын фазын ширхэгийн хил дээр илүү сайн шингэж, тэдгээрийн интерфейсийн энергийг бууруулж, интерфэйсийн наалдацын ажлыг нэмэгдүүлж, чийглэх өнцгийг багасгаж, улмаар матрицын хоорондох чийгшлийг сайжруулна. ба арматурын үе шат. Хөнгөн цагааны матрицад La элементийг нэмснээр AlO болон хөнгөн цагааны шингэний чийгшүүлэх чадварыг үр дүнтэй сайжруулж, нийлмэл материалын бичил бүтцийг сайжруулдаг болохыг судалгаагаар тогтоожээ.

② Металл матрицын ширхэгийг боловсронгуй болгохыг дэмжинэ. Газрын ховор элементийн атомын радиус том, металл матрицын атомын радиус харьцангуй бага байдаг тул газрын ховор элементийн металл талст дахь уусах чадвар бага байдаг. Илүү том радиустай газрын ховор элемент матрицын торонд орох нь торны гажуудал үүсгэж, улмаар системийн энергийг нэмэгдүүлнэ. Хамгийн бага чөлөөт энергийг хадгалахын тулд газрын ховор атомууд зөвхөн жигд бус үр тарианы хил рүү баяжуулж чаддаг бөгөөд энэ нь матрицын мөхлөгүүдийн чөлөөт өсөлтөд тодорхой хэмжээгээр саад болдог. Үүний зэрэгцээ баяжуулсан газрын ховор элемент нь бусад хайлшийн элементүүдийг шингээж, хайлшийн элементүүдийн концентрацийн градиентийг нэмэгдүүлж, орон нутгийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн дутуу хөргөлтийг үүсгэж, шингэн металлын матрицын гетероген бөөмийн нөлөөг сайжруулна. Нэмж дурдахад элементийн ялгаралтаас үүссэн дутуу хөргөлт нь тусгаарлагдсан нэгдлүүд үүсэхийг дэмжиж, үр дүнтэй гетероген бөөмийн тоосонцор болж, улмаар металл матрицын мөхлөгүүдийг боловсронгуй болгоход тусалдаг.

③ Үр тарианы хил хязгаарыг цэвэршүүлнэ. Газрын ховор элемент болон O, S, P, N гэх мэт элементүүдийн хооронд хүчтэй хамаарал байдаг тул исэл, сульфид, фосфид, нитрид үүсэх стандарт чөлөөт энерги бага байдаг. Эдгээр нэгдлүүд нь өндөр хайлах цэг, нягтрал багатай байдаг бөгөөд тэдгээрийн зарим нь хайлшны шингэнээс дээш хөвөх замаар зайлуулж чаддаг бол зарим нь үр тарианы дотор жигд тархаж, үр тарианы хил дэх хольцын тусгаарлалтыг багасгаж, улмаар үр тарианы хилийг цэвэршүүлэх ба түүний хүчийг сайжруулах.

Газрын ховор металлын идэвхжил өндөр, хайлах температур бага учир металл матрицын нийлмэл материалд нэмэхдээ хүчилтөрөгчтэй харьцах үйл ажиллагааг нэмэх явцад тусгайлан хянах шаардлагатай гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.

Төрөл бүрийн металл матриц болон керамик матрицын нийлмэл материалд газрын ховор оксидыг тогтворжуулагч, агломерын туслах, допинг хувиргагч болгон нэмэх нь материалын бат бөх, бат бөх чанарыг ихээхэн сайжруулж, агшилтын температурыг бууруулж, улмаар үйлдвэрлэлийн зардлыг бууруулж болохыг олон тооны туршлага нотолсон. Түүний үйл ажиллагааны үндсэн механизм нь дараах байдалтай байна.

① Аглуурах нэмэлтийн хувьд энэ нь нийлмэл материалын агшилтыг дэмжиж, сүвэрхэг чанарыг бууруулдаг. Зуурмагийн нэмэлтийг нэмсэн нь өндөр температурт шингэн фаз үүсгэх, нийлмэл материалын агломерын температурыг бууруулах, агломерын процессын явцад материалын өндөр температурт задралыг дарангуйлах, шингэн фазын агломержуулалтаар нягт нийлмэл материалыг авах явдал юм. Газрын ховор оксидын өндөр тогтвортой байдал, өндөр температурт тогтворгүй байдал, хайлах болон буцлах температур өндөр тул бусад түүхий эдтэй хамт шилэн фаз үүсгэж, синтерингийг дэмжиж, үр дүнтэй нэмэлт бодис болгодог. Үүний зэрэгцээ газрын ховор оксид нь керамик матрицтай цул уусмал үүсгэж, дотор талст согог үүсгэж, торыг идэвхжүүлж, синтерингийг дэмждэг.

② Бичил бүтцийг сайжруулж, үр тарианы хэмжээг сайжруулна. Нэмэгдсэн газрын ховор оксид нь матрицын мөхлөгийн зааг дээр голчлон оршдог, их хэмжээний эзэлхүүнтэй учраас газрын ховор оксид нь бүтцэд нүүдлийн эсэргүүцэл ихтэй байхаас гадна бусад ионуудын шилжилтийг саатуулж, улмаар үр тарианы хилийн шилжилтийн хурд, үр тарианы өсөлтийг саатуулж, өндөр температурт синтеринг хийх үед үр тарианы хэвийн бус өсөлтийг саатуулдаг. Тэд жижиг, жигд үр тариа олж авах боломжтой бөгөөд энэ нь нягт бүтэц үүсэхэд таатай байдаг; Нөгөө талаар газрын ховор оксидыг допинг хийснээр үр тарианы хилийн шилэн үе шатанд орж, шилэн фазын бат бөх чанарыг сайжруулж улмаар материалын механик шинж чанарыг сайжруулах зорилгод хүрдэг.

Полимер матрицын нийлмэл материал дахь газрын ховор элементүүд нь полимер матрицын шинж чанарыг сайжруулах замаар голчлон нөлөөлдөг. Газрын ховор оксид нь полимерүүдийн дулааны задралын температурыг нэмэгдүүлдэг бол газрын ховор элементийн карбоксилатууд нь поливинил хлоридын дулааны тогтвортой байдлыг сайжруулдаг. Ховор газрын нэгдлүүдийг агуулсан полистиролыг допинг хийх нь полистиролын тогтвортой байдлыг сайжруулж, түүний цохилт, гулзайлтын бат бөх чанарыг ихээхэн нэмэгдүүлдэг.