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稀土元素在先進陶瓷中的應用(多圖)

目前稀土主要應用于結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷、陶瓷色釉料等領(lǐng)域。隨著稀土新材料的不斷開發(fā)與應用,將稀土作為添加劑、穩(wěn)定劑、燒結(jié)助劑作用于各種陶瓷材料,極大地改善了其性能、

目前稀土主要應用于結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷、陶瓷色釉料等領(lǐng)域。隨著稀土新材料的不斷開發(fā)與應用,將稀土作為添加劑、穩(wěn)定劑、燒結(jié)助劑作用于各種陶瓷材料,極大地改善了其性能、降低了生產(chǎn)成本,使其工業(yè)化應用成為可能。下面就由科眾陶瓷廠來為大家講解下稀土元素在先進陶瓷中的應用。
 

氧化鋁陶瓷管

氧化鋁陶瓷管

稀土元素在先進陶瓷中的應用:

 

1.在先進陶瓷氧化鋁淘瓷中的應用

Al2O3陶瓷由于強度高、耐高溫、絕緣性好、耐磨損、耐腐蝕,且具有良好的機電性能,是目前應用最廣泛的結(jié)構(gòu)陶瓷。加入稀土氧化物如V203、La203、Sm203等可以改善Al203復合材料的潤顯性能、降低陶瓷材料的熔點;使材料孔隙率降低,致密度提高;阻礙其他離子遷移,降低晶界遷移速率,抑制晶粒生長,有利于致密結(jié)構(gòu)的形成;使玻璃相的強度得到提高,從而達到改善Al2O3陶瓷力學性能的目的。

 

2.在先進陶瓷氮化硅陶瓷中的應用

Si3N4陶瓷具有優(yōu)異的力學性能、熱學性能及化學穩(wěn)定性,是高溫結(jié)構(gòu)陶瓷中最有應用潛力的材料。由于Si3N4是強共價鍵化合物,這決定了純Si3N4不能靠常規(guī)固相燒結(jié)達到致密化,所以除用Si粉直接氮化的反應燒結(jié)外,需加入一定量助燒劑制成致密材料。目前制備Si3N4陶瓷較為埋想的燒結(jié)助劑是稀土氧化物/203、Nd203、La203等。這些稀土氧化物一方面與Si3N4粉體表面的微量SiO2在高溫下反應生成含氮的高溫玻璃相,有效促進Si3N4陶瓷的燒結(jié);一方面形成具有高耐火度和粘度的Y-La-Si-O-N玻璃晶界,具有較高的高溫抗彎強度和較好的抗氧化性能,并且在高溫條件下易析出具有高熔點的含V、La的結(jié)晶化合物,提高了材料的高溫斷裂韌性。

 

3.在先進陶瓷氧化鋯陶瓷中的應用

Zro2陶瓷的密度大、熔點和硬度較高,尤其是它的抗彎強度和斷裂韌性較高,是所有陶瓷中最高的。由于ZrO2晶型轉(zhuǎn)化伴有明顯的體積變化,因而限制了直接使用的范圍。隨著研究工作的深入,發(fā)現(xiàn)加入稀土氧化物對ZrO2的相變具有更好的抑制穩(wěn)定作用。常用的稀土氧化物主要是Y203、Nd203、Ce203,其離子半徑與Zr4+基本接近,可以與ZrO2形成單斜、四方和立方晶型的置換型固溶體,這類ZrO2陶瓷材料具有較好的技術(shù)性能指標。如Ce02能和ZrO2形成很寬范圍內(nèi)的四方氧化錯固溶體的相區(qū),是良好的固體電解質(zhì)材料,V203穩(wěn)定的Zr02(VSZ)是一種優(yōu)良的氧離子導體材料,在固體氧化物燃料電池(SOFC)、氧氣傳感器以及甲烷部分氧化膜反應器等方面已獲得廣泛的應用。
 

氧化鋯陶瓷棒

氧化鋯陶瓷棒
 

4.在先進陶瓷碳化硅陶瓷中的應用

碳化硅陶瓷具有耐高溫、抗熱震、耐腐蝕、耐磨損、熱傳導性良好及質(zhì)量輕等特點,是常用的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷。SiC的強共價鍵結(jié)合特性決定了其在通常的條件下很難實現(xiàn)燒結(jié)致密化,通常需要添加燒結(jié)助劑或采用熱壓、熱等靜壓燒結(jié)工藝,生產(chǎn)工藝復雜,成本高。無壓燒結(jié)SiC最有效的燒結(jié)助劑是Al203-V203;以V3A5012(簡稱VAG)為主要燒結(jié)助劑的Sic-VAG陶瓷復合材料,由于在較低溫度下可實現(xiàn)致密化燒結(jié),因此被認為是最有發(fā)展前景的碳化硅陶瓷體系之一。

 

5.在先進陶瓷氮化鋁陶瓷中的應用

AlN是共價鍵化合物,熔點較高,熱導率高、介電常數(shù)低、能耐鐵、鋁等金屬和合金的熔蝕,在特殊氣氛中有優(yōu)異的耐高溫性能,是理想的大規(guī)模集成電路基板和封裝材料。由于AlN是共價鍵,燒結(jié)非常困難,而單一的燒結(jié)助劑降低燒成溫度的程度有限,故通常使用復合助劑(稀土金屬氧化物和誠土金屬氧化物)作為燒結(jié)助劑以形成液相促進燒結(jié)。另外,燒結(jié)助劑還可與AlN中的氧雜質(zhì)反應,減少因部分氧溶入AlN點陣中而造成的鋁空位,提高AlN的熱導率。

 

 

 


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本文“稀土元素在先進陶瓷中的應用(多圖)”由科眾陶瓷編輯整理,修訂時間:2022-12-16 10:02:15
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