新闻中心

News

稀土氧化物在陶瓷涂层中的影响力有多大?

日期: 2019-01-14
浏览次数: 1043

陶瓷和金属材料、高分子材料并列为当代固体三大材料。由于陶瓷的原子结合方式是键能较大的离子键、共价键或离子共价混合键,所以具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损等许多优良性质。陶瓷涂层更因其能改变底材外表面的形貌、结构和性能,赋予涂层底材复合体以新的性能而备受青睐,它能够有机地将底材原有特性和陶瓷材料的耐高温、高耐磨、高耐蚀等特点结合起来,并发挥两类材料的综合优势而在航天、航空、国防、化工等工业得到广泛的应用。

稀土氧化物在陶瓷涂层中的影响力有多大?

 

稀土被称为新材料的“宝库”,由于具有独特的4f电子结构和物理化学性质。但研究中极少直接使用纯稀土金属,绝大多数使用稀土化合物,最常见的几种化合物有:CeO2La2O3Y2O3LaF3CeF、CeS及稀土硅铁。这些稀土化合物对陶瓷材料和陶瓷涂层的组织结构及性能均有改善作用。

 

一、稀土氧化物在陶瓷材料中的应用

 

将稀土元素作为稳定剂、烧结助剂加入到不同的陶瓷中,可以降低其烧结温度、提高和改善某些结构陶瓷的强度、韧性,从而降低生产成本。同时,稀土元素在半导体气敏元件、微波介质、压电陶瓷等功能陶瓷中也起到了非常重要的作用。研究发现,某2种或2种以上稀土氧化物一起添加到氧化铝陶瓷中,比单一稀土氧化物添加到氧化铝陶瓷中的效果要好。经优化试验得到Y2O3+CeO2的效果最好,在1490℃条件下添加0.2%Y2O3+0.2%CeO2,烧结的样品相对密度可达96.2%,超过单独添加任一种稀土氧化物Y2O3或者CeO2样品的密度。

 

La2O3+Y2O3Sm2O3+La2O3促进烧结的效果也比添加单一的要好,且耐磨性能明显提高。这也说明了2种稀土氧化物的混合不是简单的量的加和,它们之间存在相互作用,这种相互作用对氧化铝陶瓷的烧结和性能提高更为有利,但其中的原理尚待研究。

稀土氧化物在陶瓷涂层中的影响力有多大?

 

另有研究发现添加混合稀土金属氧化物作为烧结助剂有利于提高物质的迁移,促进MgO陶瓷的烧结,提高致密度。但当混合金属氧化物的添加量大于15%时,相对密度降低,开气孔率提高。

 

二、稀土氧化物对陶瓷涂层性能的影响

 

现有研究表明,稀土元素能够细化组织晶粒,提高致密度,改善显微组织,净化界面。对改善陶瓷涂层的强度、韧性、硬度、耐磨和耐蚀性等方面都有独到的作用,在一定程度上改善了陶瓷涂层的性能,拓宽了陶瓷涂层的应用范围。

 

1稀土氧化物改善陶瓷涂层力学性能

稀土氧化物能够显著提高陶瓷涂层的硬度、抗弯强度及涂层的抗拉结合强度。实验发现,在Al2O3+3%TiO2材料中采用LaO2做添加剂,可有效提高涂层的抗拉强度,当LaO2加入量为6.0%(质量分数)时最佳,抗拉结合强度可达到27.36MPa。在Cr2O3材料中加入质量分数为3.0%6.0%CeO2后,涂层的抗拉结合强度在18~25MPa之间,均大于原先的12~16MPa;但CeO2的加入量为9.0%时,抗拉结合强度反而降为12~15MPa

 

2稀土对陶瓷涂层抗热震性能的改善

抗热震试验是定性反映涂层与基体的结合强度和涂层与基体热膨胀系数匹配的重要试验,直接反映涂层材料在使用过程中、温度交替变化时涂层抗剥离的能力,也从侧面反映了涂层材料抵抗机械冲击疲劳的能力和与基体的结合能力,因此也是判断陶瓷涂层质量好坏的关键因素。

稀土氧化物在陶瓷涂层中的影响力有多大?

 

研究表明,加入3.0%CeO2可降低涂层中的孔隙率和孔洞尺寸,减少涂层内应力在孔隙边缘的应力集中,从而提高Cr2O3涂层的抗热震性。而在Al2O3陶瓷涂层中加入LaO2后,涂层的孔隙率有所降低,结合强度和涂层热震失效寿命均能明显提高。当LaO2加入量为6%(质量分数)时,涂层的抗热震性能最好,热震失效寿命可达到218次,而未添加LaO2的涂层热震失效寿命仅为163次。

 

3稀土氧化物影响涂层的耐磨性能

用于改善陶瓷涂层耐磨性的稀土氧化物多为CeO2La2O3,其具有的六方层状结构能表现出良好的润滑功能,并在高温下保持稳定的化学性能,能够有效地提高耐磨性,降低摩擦系数。

 

稀土氧化物在陶瓷涂层中的影响力有多大?

 

研究表明,添加适量CeO2的涂层摩擦系数较小且稳定。有报道表明,在等离子喷涂镍基金属陶瓷涂层中添加La2O3,可以明显地减小摩擦磨损及涂层的摩擦因数,且摩擦系数稳定,波动较小。不含稀土的熔覆层磨损表面呈现严重的粘着和脆性断裂剥落迹象,而含稀土的涂层其磨损表面粘着迹象较微弱,未见大面积脆性剥落迹象。掺杂稀土的涂层微观结构更加密集、紧凑,孔洞减少,减小了微观粒子平均承受的摩擦力,使摩擦磨损减小;掺杂稀土还会增大金属陶瓷的晶面距离,导致相互作用的两晶面作用力变化而降低摩擦因数。

 

小结:

 

尽管稀土氧化物在陶瓷材料及涂层的应用方面取得了较大的成绩,能够有效地改善陶瓷材料及涂层的微观组织和力学性能,但仍有许多未知的性质,特别是在减轻摩擦磨损方面的作用机理更有待于进一步探究。如何使材料强度和耐磨性与其润滑性能协同配合,已成为摩擦学领域值得探讨的重要方向。

部分资料来源:《稀土氧化物在陶瓷涂层中的应用》


 稀土氧化物在陶瓷涂层中的影响力有多大?

 声      明:文章内容转载粉体网,仅作分享,不代表本号立场,如有侵权,请联系编除,谢谢!



News / 推荐新闻 More
2020 - 05 - 19
氧化铝,化学式Al2O3,是一种高硬度的化合物,熔点为2054°C,沸点为2980°C,在高温下可电离的离子晶体,常用于制造耐火材料。氧化铝陶瓷具有机械强度高、绝缘电阻大、硬度高、耐磨、耐腐蚀及耐高温等一系列优良性能,其广泛应用于陶瓷、电子、纺织、化工、建筑及航天等各个领域,是目前氧化物陶瓷中用途最广、产销量最大的陶瓷新材料。除了用作电真空器件外,还被大量用来制造薄膜电路基板、火花塞瓷体、纺织瓷件、晶须及纤维、磨料、磨具及陶瓷刀、高温结构材料等。 一、氧化铝陶瓷在机械方面的应用氧化铝陶瓷烧结产品的抗弯强度可达250Mpa,热压产品可达500Mpa。Al2O3陶瓷的莫氏硬度可达到9,加上具有优良的抗磨损性能等,所以广泛地应用于硬材料切割、高速钢切割、超高速切割等一些难加工材料的切割。其中以氧化铝陶瓷刀具和工业用阀应用最广,氧化铝陶瓷刀具可以分为纯氧化铝陶瓷刀具、...
2020 - 05 - 11
多孔陶瓷是一种含有气孔且彼此相互连通或闭合的固体材料,它具有抗腐蚀、高温热稳定性以及选择透氧性等优良性能,所以广泛应用于催化剂载体、生物材料、吸音隔音等领域。一、多孔陶瓷在催化剂载体上的应用多孔陶瓷气孔结构优且数量多,吸附能力强,热稳定性好,密度低,耐磨性好,是优良的环保材料。应用在尾气催化载体、尾气微粒过滤器等汽车尾气净化领域以及无机和有机的生产领域,因其优异特点,可以延长催化剂使用寿命,降低成本。随着国内气体排放标准要求越来越高,多孔陶瓷作为尾气催化剂载体的理想材料,应用将会更加广泛。二、多孔陶瓷在医学生物领域上的应用多孔陶瓷具有良好的生物惰性,并有与生物相容性良好,与生物组织结合好,无排异反应等物理、化学稳定性,因此在术后空腔恢复、改善血管生成能力以及促进骨修复等医学生物领域得到很好的应用并有重大的研究价值。三、多孔陶瓷在吸音隔音方面的应用多孔陶瓷的一大特点就是吸附能力强,作为吸音材...
2020 - 04 - 28
陶瓷3D打印原理陶瓷3D打印技术是以激光固化为基础的快速制造技术,由陶瓷粉末和粘结剂混合成打印材料,通过激光在打印材料上固化成型,然后打印出陶瓷零部件。陶瓷3D打印市场分析2020年4月26日,SmarTech发布的《陶瓷快速成型零件生产:2019-2030年》报告中预测,到2030年陶瓷增材制造市场的收入估计将达到48亿美元。报告显示陶瓷3D打印市场将在2025年后迎来一个拐点,原因是到2025年,陶瓷增材制造技术全面发展并且成熟,陶瓷增材制造应用市场规模将会增长三倍。陶瓷3D打印会增加零部件附加值,使得用户对陶瓷增材制造硬件和材料的需求增加,对先进陶瓷材料的行业来说是一个大好的发展机会。陶瓷3D打印技术具有精准度高,成型速度快,产品个性化等优点,且性能稳定。但是高昂的打印材料成本是国内陶瓷3D打印市场发展的主要瓶颈。报告提到,惠普公司的Multi Jet Fusion、ExOne公司的...
2020 - 04 - 16
氧化锆陶瓷,ZrO2陶瓷,具有熔点和沸点高、硬度大、绝缘、导电等优良性质,因此应用广泛、市场广阔。今天主要说说氧化锆陶瓷在口腔领域及手机通讯领域的应用。 一、氧化锆陶瓷在口腔领域的应用经济发展迅速,人们对口腔修复材料的要求越来越高,不但要求满足基本的物化条件、生物相容性条件外,还要满足便捷性、美观性等条件。氧化锆陶瓷因为有着生物相容性、美观性、稳定性等诸多独特优点,成为了具有广泛应用前景的口腔修复材料之一。优点一:生物相容性好氧化锆陶瓷对牙龈无刺激、无过敏反应,也没有金属在口腔内产生的过敏、刺激、腐蚀等不良反应,生物相容性良好,因此很适合应用于口腔。优点二:化学稳定性氧化锆陶瓷不轻易变质,在正常的生理新陈代谢下可以抵抗体液而不会变质,因此其涂层材料可用于金属植入包覆。优点三:美学效果优异氧化锆陶瓷牙外表美观、坚固耐磨,色泽天然,不刺激口腔组织,容易清洁。因此氧化锆陶瓷有其他全瓷材...
分享到:
新之联伊丽斯(上海)展览服务有限公司
上海公司 电话:4000 778 909
电邮:iacechina@unifair.com
广州公司 电话:020-8327 6369
电邮:iacechina@unifair.com





版权所有 2017-2020 新之联伊丽斯(上海)展览服务有限公司
犀牛云提供企业云服务
关注展会官微,在线看展