समग्र पदार्थहरूमा दुर्लभ पृथ्वीको प्रयोग

को प्रयोगदुर्लभ पृथ्वीसमग्र सामग्रीहरूमा
दुर्लभ पृथ्वी तत्वहरूमा अद्वितीय 4f इलेक्ट्रोनिक संरचना, ठूलो परमाणु चुम्बकीय क्षण, बलियो स्पिन युग्मन र अन्य विशेषताहरू हुन्छन्। अन्य तत्वहरूसँग जटिलताहरू बनाउँदा, तिनीहरूको समन्वय संख्या 6 देखि 12 सम्म फरक हुन सक्छ। दुर्लभ पृथ्वी यौगिकहरूमा विभिन्न प्रकारका क्रिस्टल संरचनाहरू हुन्छन्। दुर्लभ पृथ्वीको विशेष भौतिक र रासायनिक गुणहरूले तिनीहरूलाई उच्च-गुणस्तरको स्टील र अलौह धातुहरू, विशेष गिलास र उच्च-प्रदर्शन सिरेमिकहरू, स्थायी चुम्बक सामग्रीहरू, हाइड्रोजन भण्डारण सामग्रीहरू, ल्युमिनेसेन्ट र लेजर सामग्रीहरू, आणविक सामग्रीहरू, र अन्य क्षेत्रहरूको पग्लनमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ। मिश्रित सामग्रीहरूको निरन्तर विकाससँगै, दुर्लभ पृथ्वीको प्रयोग मिश्रित सामग्रीहरूको क्षेत्रमा पनि विस्तार भएको छ, जसले विषम सामग्रीहरू बीचको इन्टरफेस गुणहरू सुधार गर्न व्यापक ध्यान आकर्षित गरेको छ।

मिश्रित सामग्रीको तयारीमा दुर्लभ पृथ्वीको मुख्य प्रयोग फारमहरू समावेश छन्: ① थप्दैदुर्लभ पृथ्वी धातुहरूमिश्रित सामग्रीहरूमा; ② को रूपमा थप्नुहोस्दुर्लभ पृथ्वी अक्साइडहरूकम्पोजिट सामग्रीमा; ③ पोलिमरहरूमा दुर्लभ पृथ्वी धातुहरूसँग डोप गरिएको वा बन्धन गरिएको पोलिमरहरू कम्पोजिट सामग्रीहरूमा म्याट्रिक्स सामग्रीको रूपमा प्रयोग गरिन्छ। दुर्लभ पृथ्वी अनुप्रयोगको माथिका तीन रूपहरू मध्ये, पहिलो दुई रूपहरू प्रायः धातु म्याट्रिक्स कम्पोजिटमा थपिन्छन्, जबकि तेस्रो मुख्यतया पोलिमर म्याट्रिक्स कम्पोजिटहरूमा लागू गरिन्छ, र सिरेमिक म्याट्रिक्स कम्पोजिट मुख्यतया दोस्रो रूपमा थपिन्छन्।

दुर्लभ पृथ्वीयसले मुख्यतया धातु म्याट्रिक्स र सिरेमिक म्याट्रिक्स कम्पोजिटमा additives, stabilizers, र sintering additives को रूपमा कार्य गर्दछ, जसले गर्दा तिनीहरूको कार्यसम्पादनमा धेरै सुधार हुन्छ, उत्पादन लागत घट्छ, र यसको औद्योगिक प्रयोग सम्भव हुन्छ।

कम्पोजिट सामग्रीहरूमा दुर्लभ पृथ्वी तत्वहरूको additives को रूपमा थपले मुख्यतया कम्पोजिट सामग्रीहरूको इन्टरफेस कार्यसम्पादन सुधार गर्न र धातु म्याट्रिक्स दानाहरूको परिष्करणलाई प्रवर्द्धन गर्न भूमिका खेल्छ। कार्यको संयन्त्र निम्नानुसार छ।

① धातु म्याट्रिक्स र सुदृढीकरण चरण बीचको भिजेकोपन सुधार गर्नुहोस्। दुर्लभ पृथ्वी तत्वहरूको विद्युतीय ऋणात्मकता तुलनात्मक रूपमा कम छ (धातुहरूको विद्युतीय ऋणात्मकता जति सानो हुन्छ, गैर-धातुहरूको विद्युतीय ऋणात्मकता त्यति नै सक्रिय हुन्छ)। उदाहरणका लागि, La १.१, Ce १.१२ र Y १.२२ हो। सामान्य आधार धातुको विद्युतीय ऋणात्मकता Fe १.८३, Ni १.९१ र Al १.६१ हो। त्यसकारण, दुर्लभ पृथ्वी तत्वहरूले गलाउने प्रक्रियाको क्रममा धातु म्याट्रिक्स र सुदृढीकरण चरणको दाना सीमाहरूमा प्राथमिकताका साथ सोख्नेछन्, तिनीहरूको इन्टरफेस ऊर्जा घटाउनेछन्, इन्टरफेसको आसंजन कार्य बढाउँछन्, भिजेको कोण घटाउनेछन्, र यसरी म्याट्रिक्स र सुदृढीकरण चरण बीचको भिजेकोपन सुधार गर्नेछन्। अनुसन्धानले देखाएको छ कि एल्युमिनियम म्याट्रिक्समा La तत्व थप्दा प्रभावकारी रूपमा AlO र एल्युमिनियम तरल पदार्थको भिजेकोपन सुधार गर्दछ, र मिश्रित सामग्रीको सूक्ष्म संरचना सुधार गर्दछ।

② धातु म्याट्रिक्स दानाको परिष्करणलाई प्रवर्द्धन गर्नुहोस्। धातु क्रिस्टलमा दुर्लभ पृथ्वीको घुलनशीलता सानो छ, किनभने दुर्लभ पृथ्वी तत्वहरूको परमाणु त्रिज्या ठूलो छ, र धातु म्याट्रिक्सको परमाणु त्रिज्या अपेक्षाकृत सानो छ। म्याट्रिक्स जालीमा ठूलो त्रिज्या भएका दुर्लभ पृथ्वी तत्वहरूको प्रवेशले जाली विकृति निम्त्याउनेछ, जसले प्रणाली ऊर्जा बढाउनेछ। सबैभन्दा कम मुक्त ऊर्जा कायम राख्न, दुर्लभ पृथ्वी परमाणुहरूले अनियमित अन्न सीमाहरू तिर मात्र समृद्ध गर्न सक्छन्, जसले केही हदसम्म म्याट्रिक्स दानाको मुक्त वृद्धिमा बाधा पुर्‍याउँछ। एकै समयमा, समृद्ध दुर्लभ पृथ्वी तत्वहरूले अन्य मिश्र धातु तत्वहरूलाई पनि सोस्नेछन्, मिश्र धातु तत्वहरूको सांद्रता ढाँचा बढाउँछन्, स्थानीय घटक अन्डरकूलिंग निम्त्याउँछन्, र तरल धातु म्याट्रिक्सको विषम न्यूक्लिएशन प्रभाव बढाउँछन्। थप रूपमा, मौलिक पृथकीकरणको कारणले हुने अन्डरकूलिंगले पृथक यौगिकहरूको गठनलाई पनि बढावा दिन सक्छ र प्रभावकारी विषम न्यूक्लिएशन कणहरू बन्न सक्छ, जसले गर्दा धातु म्याट्रिक्स दानाको परिष्करणलाई बढावा दिन्छ।

③ अन्नको सीमा शुद्ध गर्नुहोस्। दुर्लभ पृथ्वी तत्वहरू र O, S, P, N, आदि जस्ता तत्वहरू बीचको बलियो आत्मीयताको कारणले गर्दा, अक्साइड, सल्फाइड, फस्फाइड र नाइट्राइडहरूको लागि मानक मुक्त ऊर्जा गठन कम छ। यी यौगिकहरूमा उच्च पग्लने बिन्दु र कम घनत्व हुन्छ, जसमध्ये केहीलाई मिश्र धातु तरल पदार्थबाट माथि तैरिएर हटाउन सकिन्छ, जबकि अरूलाई अन्न भित्र समान रूपमा वितरित गरिन्छ, अन्नको सीमामा अशुद्धताको पृथकीकरण कम गर्दछ, जसले गर्दा अन्नको सीमा शुद्ध हुन्छ र यसको शक्ति सुधार हुन्छ।

यो ध्यान दिनुपर्छ कि, दुर्लभ पृथ्वी धातुहरूको उच्च गतिविधि र कम पग्लने बिन्दुको कारण, जब तिनीहरूलाई धातु म्याट्रिक्स कम्पोजिटमा थपिन्छ, थप प्रक्रियाको क्रममा अक्सिजनसँगको तिनीहरूको सम्पर्कलाई विशेष रूपमा नियन्त्रण गर्न आवश्यक छ।

धेरै अभ्यासहरूले प्रमाणित गरेका छन् कि विभिन्न धातु म्याट्रिक्स र सिरेमिक म्याट्रिक्स कम्पोजिटमा स्टेबिलाइजर, सिन्टरिङ एड्स, र डोपिङ परिमार्जकको रूपमा दुर्लभ पृथ्वी अक्साइडहरू थप्दा सामग्रीको बल र कठोरतामा धेरै सुधार हुन सक्छ, तिनीहरूको सिन्टरिङ तापक्रम घटाउन सकिन्छ, र यसरी उत्पादन लागत घटाउन सकिन्छ। यसको कार्यको मुख्य संयन्त्र निम्नानुसार छ।

① सिन्टरिङ एडिटिभको रूपमा, यसले सिन्टरिङलाई बढावा दिन सक्छ र कम्पोजिट सामग्रीहरूमा पोरोसिटी कम गर्न सक्छ। सिन्टरिङ एडिटिभहरू थप्नु भनेको उच्च तापक्रममा तरल चरण उत्पन्न गर्नु, कम्पोजिट सामग्रीहरूको सिन्टरिङ तापक्रम घटाउनु, सिन्टरिङ प्रक्रियाको क्रममा सामग्रीहरूको उच्च-तापमान विघटनलाई रोक्नु र तरल चरण सिन्टरिङ मार्फत बाक्लो कम्पोजिट सामग्रीहरू प्राप्त गर्नु हो। दुर्लभ पृथ्वी अक्साइडहरूको उच्च स्थिरता, कमजोर उच्च-तापमान अस्थिरता, र उच्च पग्लने र उम्लने बिन्दुहरूको कारणले गर्दा, तिनीहरूले अन्य कच्चा पदार्थहरूसँग गिलास चरणहरू बनाउन सक्छन् र सिन्टरिङलाई बढावा दिन सक्छन्, तिनीहरूलाई प्रभावकारी योजक बनाउँछन्। एकै समयमा, दुर्लभ पृथ्वी अक्साइडले सिरेमिक म्याट्रिक्ससँग ठोस घोल पनि बनाउन सक्छ, जसले भित्र क्रिस्टल दोषहरू उत्पन्न गर्न सक्छ, जाली सक्रिय गर्न सक्छ र सिन्टरिङलाई बढावा दिन सक्छ।

② सूक्ष्म संरचना सुधार गर्नुहोस् र अन्नको आकार परिष्कृत गर्नुहोस्। थपिएका दुर्लभ पृथ्वी अक्साइडहरू मुख्यतया म्याट्रिक्सको अन्न सीमाहरूमा अवस्थित हुने तथ्यको कारणले गर्दा, र तिनीहरूको ठूलो मात्राको कारणले गर्दा, दुर्लभ पृथ्वी अक्साइडहरूको संरचनामा उच्च माइग्रेसन प्रतिरोध हुन्छ, र अन्य आयनहरूको स्थानान्तरणमा पनि बाधा पुर्‍याउँछ, जसले गर्दा अन्न सीमाहरूको स्थानान्तरण दर घट्छ, अन्नको वृद्धिलाई रोक्छ, र उच्च-तापमान सिंटरिङको समयमा अन्नको असामान्य वृद्धिलाई बाधा पुर्‍याउँछ। तिनीहरूले साना र एकसमान अन्नहरू प्राप्त गर्न सक्छन्, जुन बाक्लो संरचनाहरूको गठनको लागि अनुकूल छ; अर्कोतर्फ, दुर्लभ पृथ्वी अक्साइडहरू डोप गरेर, तिनीहरू अन्न सीमा गिलास चरणमा प्रवेश गर्छन्, गिलास चरणको बल सुधार गर्छन् र यसरी सामग्रीको यांत्रिक गुणहरू सुधार गर्ने लक्ष्य प्राप्त गर्छन्।

पोलिमर म्याट्रिक्स कम्पोजिटहरूमा रहेका दुर्लभ पृथ्वी तत्वहरूले मुख्यतया पोलिमर म्याट्रिक्सको गुणहरू सुधार गरेर तिनीहरूलाई असर गर्छन्। दुर्लभ पृथ्वी अक्साइडहरूले पोलिमरहरूको थर्मल विघटन तापक्रम बढाउन सक्छन्, जबकि दुर्लभ पृथ्वी कार्बोक्सिलेटहरूले पोलिभिनाइल क्लोराइडको थर्मल स्थिरता सुधार गर्न सक्छन्। दुर्लभ पृथ्वी यौगिकहरूसँग पोलिस्टाइरिन डोपिङले पोलिस्टाइरिनको स्थिरता सुधार गर्न सक्छ र यसको प्रभाव शक्ति र झुकाउने शक्तिलाई उल्लेखनीय रूपमा बढाउन सक्छ।