संमिश्र सामग्रीमध्ये दुर्मिळ पृथ्वीचा वापर

चा अर्जदुर्मिळ पृथ्वीसंमिश्र साहित्य मध्ये
दुर्मिळ पृथ्वीच्या घटकांमध्ये अद्वितीय 4f इलेक्ट्रॉनिक संरचना, मोठे अणु चुंबकीय क्षण, मजबूत स्पिन कपलिंग आणि इतर वैशिष्ट्ये आहेत. इतर घटकांसह कॉम्प्लेक्स तयार करताना, त्यांची समन्वय संख्या 6 ते 12 पर्यंत बदलू शकते. दुर्मिळ पृथ्वी संयुगेमध्ये विविध प्रकारचे क्रिस्टल संरचना असतात. दुर्मिळ पृथ्वीच्या विशेष भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्मांमुळे ते उच्च-गुणवत्तेचे पोलाद आणि नॉन-फेरस धातू, विशेष काच आणि उच्च-कार्यक्षमता सिरॅमिक्स, कायम चुंबक सामग्री, हायड्रोजन साठवण साहित्य, ल्युमिनेसेंट आणि लेसर सामग्री, आण्विक सामग्री वितळण्यासाठी मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात. , आणि इतर फील्ड. संमिश्र सामग्रीच्या निरंतर विकासासह, दुर्मिळ पृथ्वीचा वापर मिश्रित पदार्थांच्या क्षेत्रात देखील विस्तारित झाला आहे, विषम पदार्थांमधील इंटरफेस गुणधर्म सुधारण्यासाठी व्यापक लक्ष वेधून घेत आहे.

संमिश्र सामग्रीच्या तयारीमध्ये दुर्मिळ पृथ्वीच्या मुख्य अनुप्रयोगांमध्ये हे समाविष्ट आहे: ① जोडणेदुर्मिळ पृथ्वी धातूसंमिश्र सामग्रीसाठी; ② च्या स्वरूपात जोडादुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साइडसंमिश्र सामग्रीसाठी; ③ पॉलिमरमध्ये डोप केलेले किंवा दुर्मिळ पृथ्वीच्या धातूंशी जोडलेले पॉलिमर संमिश्र सामग्रीमध्ये मॅट्रिक्स सामग्री म्हणून वापरले जातात. रेअर अर्थ ऍप्लिकेशनच्या वरील तीन प्रकारांपैकी, पहिले दोन प्रकार मुख्यतः मेटल मॅट्रिक्स कंपोझिटमध्ये जोडले जातात, तर तिसरे मुख्यतः पॉलिमर मॅट्रिक्स कंपोझिटवर लागू केले जातात आणि सिरॅमिक मॅट्रिक्स संमिश्र मुख्यतः दुसऱ्या स्वरूपात जोडले जातात.

दुर्मिळ पृथ्वीमुख्यत्वे मेटल मॅट्रिक्स आणि सिरेमिक मॅट्रिक्स कंपोझिटवर ऍडिटीव्ह, स्टेबिलायझर्स आणि सिंटरिंग ऍडिटीव्हच्या स्वरूपात कार्य करते, त्यांची कार्यक्षमता मोठ्या प्रमाणात सुधारते, उत्पादन खर्च कमी करते आणि त्याचा औद्योगिक वापर शक्य करते.

संमिश्र सामग्रीमध्ये ऍडिटीव्ह म्हणून दुर्मिळ पृथ्वीच्या घटकांचा समावेश करणे प्रामुख्याने मिश्रित पदार्थांच्या इंटरफेस कार्यक्षमतेत सुधारणा करण्यात आणि मेटल मॅट्रिक्स धान्यांच्या शुद्धीकरणास प्रोत्साहन देण्यासाठी भूमिका बजावते. कृतीची यंत्रणा खालीलप्रमाणे आहे.

① मेटल मॅट्रिक्स आणि रीइन्फोर्सिंग फेज दरम्यान ओलेपणा सुधारा. दुर्मिळ पृथ्वीच्या घटकांची विद्युत ऋणात्मकता तुलनेने कमी असते (धातूंची विद्युत ऋणात्मकता जितकी लहान तितकी नॉनमेटल्सची इलेक्ट्रोनेगेटिव्हिटी अधिक सक्रिय). उदाहरणार्थ, La 1.1, Ce 1.12 आणि Y 1.22 आहे. कॉमन बेस मेटल Fe ची इलेक्ट्रोनेगेटिव्हिटी 1.83 आहे, Ni 1.91 आहे आणि Al 1.61 आहे. म्हणून, दुर्मिळ पृथ्वीचे घटक प्राधान्याने मेटल मॅट्रिक्सच्या धान्य सीमांवर शोषून घेतील आणि वितळण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान मजबुतीकरण टप्प्यात, त्यांची इंटरफेस ऊर्जा कमी करेल, इंटरफेसचे आसंजन कार्य वाढवेल, ओले कोन कमी करेल आणि त्यामुळे मॅट्रिक्समधील ओलेपणा सुधारेल. आणि मजबुतीकरण टप्पा. संशोधनात असे दिसून आले आहे की ॲल्युमिनियम मॅट्रिक्समध्ये ला एलिमेंटची जोडणी प्रभावीपणे AlO आणि ॲल्युमिनियम द्रवाची ओलेपणा सुधारते आणि मिश्रित पदार्थांची सूक्ष्म रचना सुधारते.

② मेटल मॅट्रिक्स धान्यांच्या शुद्धीकरणास प्रोत्साहन द्या. धातूच्या क्रिस्टलमध्ये दुर्मिळ पृथ्वीची विद्राव्यता लहान असते, कारण दुर्मिळ पृथ्वीच्या घटकांची अणु त्रिज्या मोठी असते आणि धातूच्या मॅट्रिक्सची अणु त्रिज्या तुलनेने लहान असते. मॅट्रिक्स जाळीमध्ये मोठ्या त्रिज्या असलेल्या दुर्मिळ पृथ्वीच्या घटकांच्या प्रवेशामुळे जाळीचे विरूपण होईल, ज्यामुळे सिस्टम उर्जा वाढेल. सर्वात कमी मुक्त ऊर्जा राखण्यासाठी, दुर्मिळ पृथ्वीचे अणू केवळ अनियमित धान्य सीमांकडे समृद्ध करू शकतात, जे काही प्रमाणात मॅट्रिक्स धान्यांच्या मुक्त वाढीस अडथळा आणतात. त्याच वेळी, समृद्ध केलेले दुर्मिळ पृथ्वीचे घटक इतर मिश्रधातूंच्या घटकांना देखील शोषून घेतील, मिश्रधातूच्या घटकांच्या एकाग्रता ग्रेडियंटमध्ये वाढ करतील, ज्यामुळे स्थानिक घटक अंडरकूलिंग होतील आणि द्रव धातू मॅट्रिक्सचा विषम न्यूक्लिएशन प्रभाव वाढेल. याशिवाय, मूलद्रव्याच्या पृथक्करणामुळे होणारे अंडरकूलिंग देखील विभक्त संयुगांच्या निर्मितीला प्रोत्साहन देऊ शकते आणि प्रभावी विषम न्यूक्लिएशन कण बनू शकते, ज्यामुळे मेटल मॅट्रिक्स धान्यांच्या शुद्धीकरणास प्रोत्साहन मिळते.

③ धान्य सीमा शुद्ध करा. दुर्मिळ पृथ्वीचे घटक आणि O, S, P, N, इत्यादी घटकांमधील मजबूत आत्मीयतेमुळे, ऑक्साईड्स, सल्फाइड्स, फॉस्फाइड्स आणि नायट्राइड्ससाठी तयार होणारी मानक मुक्त ऊर्जा कमी आहे. या संयुगांमध्ये उच्च वितळण्याचा बिंदू आणि कमी घनता असते, त्यापैकी काही मिश्रधातूच्या द्रवातून वर तरंगून काढले जाऊ शकतात, तर इतर समान रीतीने धान्यामध्ये वितरीत केले जातात, ज्यामुळे धान्याच्या सीमेवर अशुद्धतेचे पृथक्करण कमी होते, ज्यामुळे धान्याची सीमा शुद्ध होते आणि त्याची ताकद सुधारत आहे.

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 विशेषत: नियंत्रित करणे आवश्यक आहे.

मोठ्या प्रमाणातील पद्धतींनी हे सिद्ध केले आहे की वेगवेगळ्या धातूच्या मॅट्रिक्स आणि सिरेमिक मॅट्रिक्स कंपोझिटमध्ये दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साईड्स स्टेबिलायझर, सिंटरिंग एड्स आणि डोपिंग मॉडिफायर म्हणून जोडल्याने सामग्रीची ताकद आणि कडकपणा मोठ्या प्रमाणात सुधारू शकतो, त्यांचे सिंटरिंग तापमान कमी होते आणि त्यामुळे उत्पादन खर्च कमी होतो. त्याच्या कृतीची मुख्य यंत्रणा खालीलप्रमाणे आहे.

① सिंटरिंग ॲडिटीव्ह म्हणून, ते सिंटरिंगला प्रोत्साहन देऊ शकते आणि मिश्रित पदार्थांमध्ये छिद्र कमी करू शकते. सिंटरिंग ॲडिटीव्हची जोड म्हणजे उच्च तापमानात द्रव अवस्था निर्माण करणे, मिश्रित पदार्थांचे सिंटरिंग तापमान कमी करणे, सिंटरिंग प्रक्रियेदरम्यान सामग्रीचे उच्च-तापमान विघटन रोखणे आणि द्रव फेज सिंटरिंगद्वारे दाट संमिश्र सामग्री प्राप्त करणे. उच्च स्थिरता, कमकुवत उच्च-तापमान अस्थिरता आणि दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साईडचे उच्च वितळणे आणि उकळत्या बिंदूंमुळे, ते इतर कच्च्या मालासह काचेचे टप्पे तयार करू शकतात आणि सिंटरिंगला प्रोत्साहन देऊ शकतात, ज्यामुळे ते एक प्रभावी मिश्रित बनतात. त्याच वेळी, दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साईड देखील सिरेमिक मॅट्रिक्ससह घन द्रावण तयार करू शकते, जे आत क्रिस्टल दोष निर्माण करू शकते, जाळी सक्रिय करू शकते आणि सिंटरिंगला प्रोत्साहन देऊ शकते.

② मायक्रोस्ट्रक्चर सुधारा आणि धान्य आकार सुधारा. जोडलेले दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साईड प्रामुख्याने मॅट्रिक्सच्या धान्य सीमांवर अस्तित्वात आहेत या वस्तुस्थितीमुळे आणि त्यांच्या मोठ्या प्रमाणामुळे, दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साईड्सच्या संरचनेत उच्च स्थलांतरण प्रतिरोध असतो आणि इतर आयनांच्या स्थलांतरास देखील अडथळा येतो, ज्यामुळे ते कमी होते. धान्याच्या सीमांचे स्थलांतर दर, धान्याची वाढ रोखणे आणि धान्याच्या असामान्य वाढीस अडथळा उच्च-तापमान सिंटरिंग. ते लहान आणि एकसमान धान्य मिळवू शकतात, जे दाट संरचनांच्या निर्मितीसाठी अनुकूल आहे; दुसरीकडे, दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साईड्स डोपिंग करून, ते धान्याच्या सीमा काचेच्या टप्प्यात प्रवेश करतात, काचेच्या टप्प्याची ताकद सुधारतात आणि अशा प्रकारे सामग्रीचे यांत्रिक गुणधर्म सुधारण्याचे लक्ष्य साध्य करतात.

पॉलिमर मॅट्रिक्स कंपोझिटमधील दुर्मिळ पृथ्वी घटक प्रामुख्याने पॉलिमर मॅट्रिक्सचे गुणधर्म सुधारून प्रभावित करतात. दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साईड्स पॉलिमरचे थर्मल विघटन तापमान वाढवू शकतात, तर दुर्मिळ पृथ्वी कार्बोक्सिलेट्स पॉलीव्हिनिल क्लोराईडची थर्मल स्थिरता सुधारू शकतात. रेअर अर्थ कंपाऊंडसह पॉलिस्टीरिनचे डोपिंग पॉलिस्टीरिनची स्थिरता सुधारू शकते आणि त्याची प्रभाव शक्ती आणि वाकण्याची ताकद लक्षणीयरीत्या वाढवू शकते.