संमिश्र पदार्थांमध्ये दुर्मिळ पृथ्वीचा वापर

चा वापरदुर्मिळ पृथ्वीसंमिश्र पदार्थांमध्ये
दुर्मिळ पृथ्वी घटकांमध्ये अद्वितीय 4f इलेक्ट्रॉनिक रचना, मोठे अणु चुंबकीय क्षण, मजबूत स्पिन कपलिंग आणि इतर वैशिष्ट्ये असतात. इतर घटकांसह कॉम्प्लेक्स तयार करताना, त्यांचा समन्वय क्रमांक 6 ते 12 पर्यंत बदलू शकतो. दुर्मिळ पृथ्वी संयुगांमध्ये विविध प्रकारचे क्रिस्टल संरचना असतात. दुर्मिळ पृथ्वीच्या विशेष भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्मांमुळे ते उच्च-गुणवत्तेचे स्टील आणि नॉन-फेरस धातू, विशेष काच आणि उच्च-कार्यक्षमता असलेले सिरेमिक, कायमस्वरूपी चुंबक साहित्य, हायड्रोजन साठवण साहित्य, ल्युमिनेसेंट आणि लेसर साहित्य, अणु साहित्य आणि इतर क्षेत्रांच्या वितळण्यात मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात. संमिश्र साहित्याच्या सतत विकासासह, दुर्मिळ पृथ्वीचा वापर संमिश्र साहित्याच्या क्षेत्रात देखील विस्तारला आहे, ज्यामुळे विषम पदार्थांमधील इंटरफेस गुणधर्म सुधारण्याकडे व्यापक लक्ष वेधले गेले आहे.

संमिश्र पदार्थांच्या तयारीमध्ये दुर्मिळ पृथ्वीच्या मुख्य वापराच्या प्रकारांमध्ये हे समाविष्ट आहे: ① जोडणेदुर्मिळ पृथ्वी धातूसंमिश्र पदार्थांना; ② स्वरूपात जोडादुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साईड्ससंमिश्र पदार्थात; ③ पॉलिमरमध्ये दुर्मिळ पृथ्वी धातूंशी जोडलेले किंवा जोडलेले पॉलिमर संमिश्र पदार्थांमध्ये मॅट्रिक्स पदार्थ म्हणून वापरले जातात. दुर्मिळ पृथ्वी वापरण्याच्या वरील तीन प्रकारांपैकी, पहिले दोन प्रकार बहुतेक मेटल मॅट्रिक्स कंपोझिटमध्ये जोडले जातात, तर तिसरे प्रामुख्याने पॉलिमर मॅट्रिक्स कंपोझिटमध्ये लागू केले जातात आणि सिरेमिक मॅट्रिक्स कंपोझिट प्रामुख्याने दुसऱ्या स्वरूपात जोडले जातात.

दुर्मिळ पृथ्वीहे प्रामुख्याने मेटल मॅट्रिक्स आणि सिरेमिक मॅट्रिक्स कंपोझिटवर अॅडिटीव्ह, स्टेबिलायझर्स आणि सिंटरिंग अॅडिटीव्हच्या स्वरूपात कार्य करते, ज्यामुळे त्यांची कार्यक्षमता मोठ्या प्रमाणात सुधारते, उत्पादन खर्च कमी होतो आणि त्याचा औद्योगिक वापर शक्य होतो.

संमिश्र पदार्थांमध्ये दुर्मिळ पृथ्वी घटकांचा समावेश मिश्रित पदार्थांच्या इंटरफेस कामगिरीमध्ये सुधारणा करण्यात आणि धातूच्या मॅट्रिक्स धान्यांच्या शुद्धीकरणाला प्रोत्साहन देण्यात प्रामुख्याने भूमिका बजावतो. कृतीची यंत्रणा खालीलप्रमाणे आहे.

① धातूच्या मॅट्रिक्स आणि रीइन्फोर्सिंग फेजमधील ओलेपणा सुधारा. दुर्मिळ पृथ्वी घटकांची इलेक्ट्रोनेगेटिव्हिटी तुलनेने कमी असते (धातूंची इलेक्ट्रोनेगेटिव्हिटी जितकी कमी असेल तितकी अधातूंची इलेक्ट्रोनेगेटिव्हिटी जास्त सक्रिय असते). उदाहरणार्थ, La 1.1, Ce 1.12 आणि Y 1.22 आहे. सामान्य बेस मेटलची इलेक्ट्रोनेगेटिव्हिटी Fe 1.83, Ni 1.91 आणि Al 1.61 आहे. म्हणून, दुर्मिळ पृथ्वी घटक स्मेल्टिंग प्रक्रियेदरम्यान धातूच्या मॅट्रिक्स आणि रीइन्फोर्सिंग फेजच्या धान्य सीमांवर प्राधान्याने शोषून घेतील, त्यांची इंटरफेस ऊर्जा कमी करतील, इंटरफेसचे आसंजन कार्य वाढवतील, ओले कोन कमी करतील आणि त्यामुळे मॅट्रिक्स आणि रीइन्फोर्सिंग फेजमधील ओलेपणा सुधारेल. संशोधनातून असे दिसून आले आहे की अॅल्युमिनियम मॅट्रिक्समध्ये La घटक जोडल्याने AlO आणि अॅल्युमिनियम द्रवाची ओलेपणा प्रभावीपणे सुधारतो आणि संमिश्र पदार्थांची सूक्ष्म रचना सुधारते.

② धातूच्या मॅट्रिक्स ग्रेनच्या शुद्धीकरणाला प्रोत्साहन द्या. धातूच्या क्रिस्टलमध्ये दुर्मिळ पृथ्वीची विद्राव्यता लहान आहे, कारण दुर्मिळ पृथ्वी घटकांची अणु त्रिज्या मोठी आहे आणि धातूच्या मॅट्रिक्सची अणु त्रिज्या तुलनेने लहान आहे. मॅट्रिक्स जाळीमध्ये मोठ्या त्रिज्या असलेल्या दुर्मिळ पृथ्वी घटकांच्या प्रवेशामुळे जाळीचे विकृतीकरण होईल, ज्यामुळे सिस्टम ऊर्जा वाढेल. सर्वात कमी मुक्त ऊर्जा राखण्यासाठी, दुर्मिळ पृथ्वीचे अणू केवळ अनियमित धान्य सीमांकडे समृद्ध होऊ शकतात, जे काही प्रमाणात मॅट्रिक्स ग्रेनच्या मुक्त वाढीस अडथळा आणते. त्याच वेळी, समृद्ध दुर्मिळ पृथ्वी घटक इतर मिश्र धातु घटकांना देखील शोषून घेतील, मिश्र धातु घटकांचा एकाग्रता ग्रेडियंट वाढवतील, ज्यामुळे स्थानिक घटक कमी थंड होतील आणि द्रव धातू मॅट्रिक्सचा विषम न्यूक्लिएशन प्रभाव वाढेल. याव्यतिरिक्त, मूलभूत पृथक्करणामुळे होणारे अंडरकूलिंग देखील विभक्त संयुगे तयार करण्यास प्रोत्साहन देऊ शकते आणि प्रभावी विषम न्यूक्लिएशन कण बनू शकते, ज्यामुळे धातूच्या मॅट्रिक्स ग्रेनच्या शुद्धीकरणास प्रोत्साहन मिळते.

③ धान्याच्या सीमा शुद्ध करा. दुर्मिळ पृथ्वी घटक आणि O, S, P, N इत्यादी घटकांमधील मजबूत आत्मीयतेमुळे, ऑक्साइड, सल्फाइड, फॉस्फाइड्स आणि नायट्राइड्ससाठी प्रमाणित मुक्त ऊर्जा निर्मिती कमी असते. या संयुगांचा वितळण्याचा बिंदू उच्च असतो आणि घनता कमी असते, त्यापैकी काही मिश्रधातूच्या द्रवातून वर तरंगून काढता येतात, तर काही धान्यात समान रीतीने वितरीत केले जातात, ज्यामुळे धान्याच्या सीमेवर अशुद्धतेचे पृथक्करण कमी होते, ज्यामुळे धान्याची सीमा शुद्ध होते आणि त्याची ताकद सुधारते.

हे लक्षात घेतले पाहिजे की, दुर्मिळ पृथ्वी धातूंच्या उच्च क्रियाकलाप आणि कमी वितळण्याच्या बिंदूमुळे, जेव्हा ते मेटल मॅट्रिक्स कंपोझिटमध्ये जोडले जातात, तेव्हा जोडण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान त्यांचा ऑक्सिजनशी संपर्क विशेषपणे नियंत्रित करणे आवश्यक असते.

विविध धातू मॅट्रिक्स आणि सिरेमिक मॅट्रिक्स कंपोझिटमध्ये स्टेबिलायझर्स, सिंटरिंग एड्स आणि डोपिंग मॉडिफायर्स म्हणून दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साईड्स जोडल्याने सामग्रीची ताकद आणि कडकपणा मोठ्या प्रमाणात सुधारू शकतो, त्यांचे सिंटरिंग तापमान कमी होऊ शकते आणि त्यामुळे उत्पादन खर्च कमी होऊ शकतो हे मोठ्या प्रमाणात सिद्ध झाले आहे. त्याच्या कृतीची मुख्य यंत्रणा खालीलप्रमाणे आहे.

① सिंटरिंग अॅडिटीव्ह म्हणून, ते सिंटरिंगला प्रोत्साहन देऊ शकते आणि कंपोझिट मटेरियलमध्ये सच्छिद्रता कमी करू शकते. सिंटरिंग अॅडिटीव्ह जोडल्याने उच्च तापमानात द्रव अवस्था निर्माण होते, कंपोझिट मटेरियलचे सिंटरिंग तापमान कमी होते, सिंटरिंग प्रक्रियेदरम्यान पदार्थांचे उच्च-तापमानाचे विघटन रोखले जाते आणि लिक्विड फेज सिंटरिंगद्वारे दाट कंपोझिट मटेरियल मिळवले जाते. दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साईड्सच्या उच्च स्थिरता, कमकुवत उच्च-तापमान अस्थिरता आणि उच्च वितळणे आणि उकळत्या बिंदूंमुळे, ते इतर कच्च्या मालासह काचेचे टप्पे तयार करू शकतात आणि सिंटरिंगला प्रोत्साहन देऊ शकतात, ज्यामुळे ते एक प्रभावी अॅडिटीव्ह बनतात. त्याच वेळी, दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साईड सिरेमिक मॅट्रिक्ससह घन द्रावण देखील तयार करू शकते, जे आत क्रिस्टल दोष निर्माण करू शकते, जाळी सक्रिय करू शकते आणि सिंटरिंगला प्रोत्साहन देऊ शकते.

② सूक्ष्म संरचना सुधारा आणि धान्य आकार सुधारा. जोडलेले दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साईड प्रामुख्याने मॅट्रिक्सच्या धान्य सीमांवर अस्तित्वात असल्यामुळे आणि त्यांच्या मोठ्या आकारमानामुळे, दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साईडमध्ये संरचनेत उच्च स्थलांतर प्रतिरोधकता असते आणि इतर आयनांच्या स्थलांतरात देखील अडथळा आणते, ज्यामुळे धान्य सीमांचा स्थलांतर दर कमी होतो, धान्याची वाढ रोखली जाते आणि उच्च-तापमान सिंटरिंग दरम्यान धान्यांच्या असामान्य वाढीस अडथळा येतो. ते लहान आणि एकसमान धान्य मिळवू शकतात, जे दाट संरचनांच्या निर्मितीसाठी अनुकूल आहे; दुसरीकडे, दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साईड डोप करून, ते धान्य सीमा काचेच्या टप्प्यात प्रवेश करतात, काचेच्या टप्प्याची ताकद सुधारतात आणि अशा प्रकारे सामग्रीचे यांत्रिक गुणधर्म सुधारण्याचे ध्येय साध्य करतात.

पॉलिमर मॅट्रिक्स कंपोझिटमधील दुर्मिळ पृथ्वी घटक प्रामुख्याने पॉलिमर मॅट्रिक्सच्या गुणधर्मांमध्ये सुधारणा करून त्यांच्यावर परिणाम करतात. दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साईड्स पॉलिमरचे थर्मल विघटन तापमान वाढवू शकतात, तर दुर्मिळ पृथ्वी कार्बोक्झिलेट्स पॉलिव्हिनायल क्लोराईडची थर्मल स्थिरता सुधारू शकतात. दुर्मिळ पृथ्वी संयुगांसह पॉलिस्टीरिनचे डोपिंग पॉलिस्टीरिनची स्थिरता सुधारू शकते आणि त्याची प्रभाव शक्ती आणि वाकण्याची शक्ती लक्षणीयरीत्या वाढवू शकते.