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: 995

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 - 01 - 21
展会信息展览时间:2020年3月24-26日展览地点:上海世博展览会主办单位:陶瓷3D打印产业联盟中国先进陶瓷产业联盟新之联伊丽斯(上海)展览有限公司聚焦前沿科技产品的高技术陶瓷展2020年,展会将吸引来自中国、美国、德国、英国、日本、意大利、瑞典、瑞士、法国、荷兰、俄罗斯、加拿大、韩国、奧地利、波兰、新加坡、印度、中国香港和中国台湾等20多个国家和地区的优秀企业参展。展览规模30,000㎡,专业观众25,000+人,参展品牌900+个,合作媒体100+家,中外展商500+家,学术报告50+场。展商前沿科技产品的高技术陶瓷展经过十余年的持续培育,IACE CHINA现 已发展成为我国先进陶瓷领域极具规模的专业展会。展览内容涵盖了先进陶瓷上下游全产业链,集中展示高性能材料、先进陶瓷产品、新型成形加工技术、高精度零部件制造技术,3D打印设备等新技术新材料,引领行业发展方向和科技创新趋势。学术研...
2020 - 01 - 20
在先进陶瓷制备技术和制造装备的革新当中,陶瓷烧结设备与烧结技术的创新或可降低烧结温度、缩短烧结时间以实现快速致密化;或能提升材料各项性能。以下企业涉及烧结设备的生产、研发、销售,一览究竟。顶立科技的烧结设备——真空脱脂烧结炉,用于钨合金、高比重合金、钼合金、钛合金和硬质合金等制品的脱脂和烧结。技术特征:采用先进的隔热结构和材料,炉胆隔热性能好、蓄热少,比传统设计节能20%以上;具备柔性抽真空、真空烧结、微正压烧结、分压烧结、负压脱脂、TOWAC脱脂、微正压脱脂等功能;智能故障和维修预警,在故障产生前发现并解决故障隐患(顶立科技独特故障预警系统)。鑫陶的烧结设备——氧化铝氧化锆陶瓷产品高温烧结推板炉长期使用温度:1680℃炉膛尺寸:35000*380*350mm〔L*W*H〕炉膛气氛空气:空气加热元件:硅钼棒,电阻丝 VHS碳化硅反应烧结炉作为北真烧结设备,最高温度1800℃,工作...
2020 - 01 - 15
由新之联伊丽斯(上海)展览公司主办的【上海国际粉末冶金、硬质合金与先进陶瓷展览会】,深耕粉末冶金及先进陶瓷行业13年,现已发展成为全球极具规模和影响力的行业盛会。69 天之后,国内外业界精英将齐聚上海,共同见证第十三届展会盛况。自3月24日至26日,为期三天的展览会将完整呈现粉末冶金与先进陶瓷行业的全产业链相关产品,集中展出:铁/铜/铝/镍/钛等高品质金属粉末、氧化物/氮化物/碳化物/硼化物等高性能陶瓷材料、高端粉末制备技术、注射成形与压制成形技术、增材制造与精密加工技术、烧结与后处理设备、粉末冶金及先进陶瓷零部件产品……等领先技术和创新产品。汇聚国外优秀企业除了400多家中国企业报名参展之外,本届展会还吸引了来自德国、美国、俄罗斯、法国、瑞士、意大利、瑞典、奥地利、英国、韩国、日本、新加坡等20多个国家的近百家优秀企业/品牌参展,包括(按字母顺序排列):Air Liquide、Air P...
2020 - 01 - 14
氮化硅陶瓷是一种有广阔发展前景的耐高温高强度结构陶瓷。氮化硅陶瓷在高技术陶瓷中占有重要地位,其具有高性能(如强度高、硬度高、抗热震稳定性好、疲劳韧性高、室温抗弯强度高、耐磨、耐化学腐蚀和很好的高温稳定性、抗氧化性能等),与其他陶瓷相比,氮化硅陶瓷比重小,热膨胀系数低,抗热冲击性好,断裂韧性高,是一种理想的高温结构材料和高速切削工具陶瓷材料。威司通生产高品质的氮化硅陶瓷,产品具有耐高温,耐磨损,耐腐蚀,高强度,机械性能优良, 绝缘性能好,热膨胀系数低,不易破裂,深受广大用户好评。氮化硅陶瓷:高硬度、耐化学腐蚀、良好的抗热振性能。氮化硅烧结炉用于氮化硅陶瓷制品的反应烧结、重结晶烧结工艺。技术特征:采用特殊的高温红外测量技术,控温准确,误差小;采用专用尾气处理装置,环境友好,易清理;可选择配置脱脂系统,实现陶瓷制品的脱脂烧结一次性处理。氮化硅陶瓷具有突出的高耐腐蚀性、耐磨、耐高温及热冲击性及机械...
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