सिरेमिक कोटिंग्जमध्ये दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साईडचा प्रभाव काय आहे?

सिरेमिक, धातूचे पदार्थ आणि पॉलिमर पदार्थ हे तीन प्रमुख घन पदार्थ म्हणून सूचीबद्ध आहेत. सिरेमिकमध्ये उच्च तापमान प्रतिरोधकता, गंज प्रतिरोधकता, पोशाख प्रतिरोधकता इत्यादी अनेक उत्कृष्ट गुणधर्म आहेत, कारण सिरेमिकचा अणुबंध मोड आयनिक बंध, सहसंयोजक बंध किंवा उच्च बंध उर्जेसह मिश्रित आयन-सहसंयोजक बंध आहे. सिरेमिक कोटिंग सब्सट्रेटच्या बाह्य पृष्ठभागाचे स्वरूप, रचना आणि कार्यक्षमता बदलू शकते, कोटिंग-सब्सट्रेट कंपोझिट त्याच्या नवीन कामगिरीसाठी पसंत केले जाते. ते सब्सट्रेटच्या मूळ वैशिष्ट्यांना उच्च तापमान प्रतिरोधकता, उच्च पोशाख प्रतिरोधकता आणि सिरेमिक सामग्रीच्या उच्च गंज प्रतिरोधकतेसह सेंद्रियपणे एकत्र करू शकते आणि दोन प्रकारच्या सामग्रीच्या व्यापक फायद्यांना पूर्ण खेळ देऊ शकते, म्हणून ते एरोस्पेस, विमानचालन, राष्ट्रीय संरक्षण, रासायनिक उद्योग आणि इतर उद्योगांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते.

दुर्मिळ पृथ्वीला त्याच्या अद्वितीय 4f इलेक्ट्रॉनिक रचना आणि भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्मांमुळे नवीन पदार्थांचे "खजिना घर" म्हटले जाते. तथापि, शुद्ध दुर्मिळ पृथ्वी धातूंचा थेट संशोधनात क्वचितच वापर केला जातो आणि दुर्मिळ पृथ्वी संयुगे बहुतेकदा वापरली जातात. सर्वात सामान्य संयुगे म्हणजे CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS आणि दुर्मिळ पृथ्वी फेरोसिलिकॉन. हे दुर्मिळ पृथ्वी संयुगे सिरेमिक पदार्थ आणि सिरेमिक कोटिंग्जची रचना आणि गुणधर्म सुधारू शकतात.

सिरेमिक पदार्थांमध्ये दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साईडचा वापर

वेगवेगळ्या सिरेमिकमध्ये रेअर अर्थ एलिमेंट्स स्टेबिलायझर्स आणि सिंटरिंग एड्स म्हणून जोडल्याने सिंटरिंग तापमान कमी होऊ शकते, काही स्ट्रक्चरल सिरेमिकची ताकद आणि कडकपणा सुधारू शकतो आणि त्यामुळे उत्पादन खर्च कमी होतो. त्याच वेळी, सेमीकंडक्टर गॅस सेन्सर्स, मायक्रोवेव्ह मीडिया, पायझोइलेक्ट्रिक सिरेमिक आणि इतर फंक्शनल सिरेमिकमध्ये देखील दुर्मिळ पृथ्वी घटक खूप महत्त्वाची भूमिका बजावतात. संशोधनात असे आढळून आले की, अॅल्युमिना सिरेमिकमध्ये दोन किंवा अधिक दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साईड एकत्र जोडणे हे अॅल्युमिना सिरेमिकमध्ये एकच दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साईड जोडण्यापेक्षा चांगले आहे. ऑप्टिमायझेशन चाचणीनंतर, Y2O3+CeO2 चा सर्वोत्तम परिणाम होतो. जेव्हा 0.2%Y2O3+0.2%CeO2 1490℃ वर जोडला जातो, तेव्हा सिंटर केलेल्या नमुन्यांची सापेक्ष घनता 96.2% पर्यंत पोहोचू शकते, जी कोणत्याही दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साईड Y2O3 किंवा CeO2 असलेल्या नमुन्यांच्या घनतेपेक्षा जास्त असते.

सिंटरिंगला चालना देण्यासाठी La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 चा परिणाम फक्त La2O3 जोडण्यापेक्षा चांगला आहे आणि पोशाख प्रतिरोधकता स्पष्टपणे सुधारली आहे. हे देखील दर्शविते की दोन दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साईडचे मिश्रण ही एक साधी भर नाही, परंतु त्यांच्यामध्ये एक परस्परसंवाद आहे, जो अॅल्युमिना सिरेमिक्सच्या सिंटरिंग आणि कार्यप्रदर्शन सुधारण्यासाठी अधिक फायदेशीर आहे, परंतु तत्त्वाचा अभ्यास करणे बाकी आहे.

याव्यतिरिक्त, असे आढळून आले आहे की सिंटरिंग एड्स म्हणून मिश्रित दुर्मिळ पृथ्वी धातू ऑक्साईड जोडल्याने पदार्थांचे स्थलांतर सुधारू शकते, MgO सिरेमिकचे सिंटरिंग वाढू शकते आणि घनता सुधारू शकते. तथापि, जेव्हा मिश्रित धातू ऑक्साईडचे प्रमाण 15% पेक्षा जास्त असते तेव्हा सापेक्ष घनता कमी होते आणि ओपन पोरोसिटी वाढते.

दुसरे म्हणजे, सिरेमिक कोटिंग्जच्या गुणधर्मांवर दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साईडचा प्रभाव

विद्यमान संशोधनातून असे दिसून आले आहे की दुर्मिळ पृथ्वी घटक धान्य आकार सुधारू शकतात, घनता वाढवू शकतात, सूक्ष्म संरचना सुधारू शकतात आणि इंटरफेस शुद्ध करू शकतात. सिरेमिक कोटिंग्जची ताकद, कडकपणा, कडकपणा, पोशाख प्रतिरोध आणि गंज प्रतिकार सुधारण्यात ते एक अद्वितीय भूमिका बजावते, जे सिरेमिक कोटिंग्जची कार्यक्षमता काही प्रमाणात सुधारते आणि सिरेमिक कोटिंग्जच्या अनुप्रयोग श्रेणी विस्तृत करते.

१

दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साईडद्वारे सिरेमिक कोटिंग्जच्या यांत्रिक गुणधर्मांमध्ये सुधारणा

दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साईड्स सिरेमिक कोटिंग्जची कडकपणा, वाकण्याची ताकद आणि तन्य बंधन शक्ती लक्षणीयरीत्या सुधारू शकतात. प्रायोगिक निकालांवरून असे दिसून आले आहे की Al2O3+3% TiO _2 मटेरियलमध्ये लाओ _2 चा अॅडिटीव्ह म्हणून वापर करून कोटिंगची तन्य शक्ती प्रभावीपणे सुधारली जाऊ शकते आणि लाओ _2 चे प्रमाण 6.0% असताना तन्य बंधन शक्ती 27.36MPa पर्यंत पोहोचू शकते. Cr2O3 मटेरियलमध्ये 3.0% आणि 6.0% च्या वस्तुमान अंशासह CeO2 जोडल्यास, कोटिंगची तन्य बंधन शक्ती 18~25MPa दरम्यान असते, जी मूळ 12~16MPa पेक्षा जास्त असते तथापि, जेव्हा CeO2 चे प्रमाण 9.0% असते, तेव्हा तन्य बंधन शक्ती 12~15MPa पर्यंत कमी होते.

2

दुर्मिळ पृथ्वीद्वारे सिरेमिक कोटिंगच्या थर्मल शॉक प्रतिरोधनात सुधारणा

थर्मल शॉक रेझिस्टन्स टेस्ट ही कोटिंग आणि सब्सट्रेटमधील बाँडिंग स्ट्रेंथ आणि कोटिंग आणि सब्सट्रेटमधील थर्मल एक्सपेंशन कोएन्शियंटची जुळणी गुणात्मकपणे प्रतिबिंबित करण्यासाठी एक महत्त्वाची चाचणी आहे. वापरताना तापमान आळीपाळीने बदलते तेव्हा सोलणे सहन करण्याची कोटिंगची क्षमता हे थेट प्रतिबिंबित करते आणि यांत्रिक शॉक थकवा आणि बाजूने सब्सट्रेटशी बाँडिंग क्षमता सहन करण्याची कोटिंगची क्षमता देखील प्रतिबिंबित करते. म्हणूनच, सिरेमिक कोटिंगच्या गुणवत्तेचे मूल्यांकन करण्यासाठी हा देखील एक महत्त्वाचा घटक आहे.

संशोधनातून असे दिसून आले आहे की ३.०%CeO2 जोडल्याने कोटिंगमधील सच्छिद्रता आणि छिद्रांचा आकार कमी होऊ शकतो आणि छिद्रांच्या काठावर ताणाचे प्रमाण कमी होऊ शकते, त्यामुळे Cr2O3 कोटिंगचा थर्मल शॉक प्रतिरोध सुधारतो. तथापि, Al2O3 सिरेमिक कोटिंगची सच्छिद्रता कमी झाली आणि LaO2 जोडल्यानंतर कोटिंगची बाँडिंग स्ट्रेंथ आणि थर्मल शॉक फेल्युअर लाइफ स्पष्टपणे वाढली. जेव्हा LaO2 ची जोडणी रक्कम ६% (वस्तुमान अंश) असते, तेव्हा कोटिंगचा थर्मल शॉक रेझिस्टन्स सर्वोत्तम असतो आणि थर्मल शॉक फेल्युअर लाइफ २१८ पट पोहोचू शकतो, तर LaO2 शिवाय कोटिंगचे थर्मल शॉक फेल्युअर लाइफ फक्त १६३ पट असते.

3

दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साईड्स कोटिंग्जच्या पोशाख प्रतिकारावर परिणाम करतात

सिरेमिक कोटिंग्जचा पोशाख प्रतिरोध सुधारण्यासाठी वापरले जाणारे दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साईड बहुतेक CeO2 आणि La2O3 आहेत. त्यांची षटकोनी स्तरित रचना चांगली स्नेहन कार्य दर्शवू शकते आणि उच्च तापमानात स्थिर रासायनिक गुणधर्म राखू शकते, ज्यामुळे पोशाख प्रतिरोध प्रभावीपणे सुधारू शकतो आणि घर्षण गुणांक कमी करू शकतो.

संशोधनातून असे दिसून आले आहे की योग्य प्रमाणात CeO2 असलेल्या कोटिंगचा घर्षण गुणांक लहान आणि स्थिर असतो. असे नोंदवले गेले आहे की प्लाझ्मा स्प्रे केलेल्या निकेल-आधारित सेर्मेट कोटिंगमध्ये La2O3 जोडल्याने घर्षण झीज आणि कोटिंगचा घर्षण गुणांक स्पष्टपणे कमी होऊ शकतो आणि घर्षण गुणांक थोड्या चढ-उतारांसह स्थिर असतो. दुर्मिळ पृथ्वीशिवाय क्लॅडिंग लेयरच्या झीज पृष्ठभागावर गंभीर आसंजन आणि ठिसूळ फ्रॅक्चर आणि स्पॅलिंग दिसून येते, तथापि, दुर्मिळ पृथ्वी असलेले कोटिंग जीर्ण पृष्ठभागावर कमकुवत आसंजन दर्शवते आणि मोठ्या-क्षेत्रातील ठिसूळ स्पॅलिंगचे कोणतेही चिन्ह नाही. दुर्मिळ पृथ्वी-डोप केलेल्या कोटिंगची सूक्ष्म रचना अधिक घन आणि अधिक कॉम्पॅक्ट असते आणि छिद्र कमी होतात, ज्यामुळे सूक्ष्म कणांद्वारे वाहून नेले जाणारे सरासरी घर्षण बल कमी होते आणि घर्षण आणि झीज कमी होते. डोपिंग रेअर अर्थ सर्मेट्सचे क्रिस्टल प्लेन अंतर देखील वाढवू शकते, यामुळे दोन क्रिस्टल चेहऱ्यांमधील परस्परसंवाद बल बदलतो आणि घर्षण गुणांक कमी होतो.

सारांश:

जरी दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साईड्सने सिरेमिक पदार्थ आणि कोटिंग्जच्या वापरामध्ये मोठी कामगिरी केली आहे, ज्यामुळे सिरेमिक पदार्थ आणि कोटिंग्जचे सूक्ष्म संरचना आणि यांत्रिक गुणधर्म प्रभावीपणे सुधारू शकतात, तरीही अनेक अज्ञात गुणधर्म आहेत, विशेषतः घर्षण आणि झीज कमी करण्यात. पदार्थांची ताकद आणि झीज प्रतिरोधकता त्यांच्या स्नेहन गुणधर्मांशी कशी सहकार्य करावी हे ट्रायबोलॉजीच्या क्षेत्रात चर्चेला पात्र असलेली एक महत्त्वाची दिशा बनली आहे.

दूरध्वनी: +८६-२१-२०९७०३३२ईमेल:info@shxlchem.com