मिश्रित सामग्रियों में दुर्लभ मृदा का अनुप्रयोग

आवेदनदुर्लभ पृथ्वीमिश्रित सामग्री में
दुर्लभ पृथ्वी तत्वों में अद्वितीय 4f इलेक्ट्रॉनिक संरचना, बड़ा परमाणु चुंबकीय क्षण, मजबूत स्पिन युग्मन और अन्य विशेषताएं हैं। अन्य तत्वों के साथ परिसर बनाते समय, उनकी समन्वय संख्या 6 से 12 तक भिन्न हो सकती है। दुर्लभ पृथ्वी यौगिकों में विभिन्न प्रकार की क्रिस्टल संरचनाएं होती हैं। दुर्लभ पृथ्वी के विशेष भौतिक और रासायनिक गुण उन्हें उच्च गुणवत्ता वाले स्टील और अलौह धातुओं, विशेष कांच और उच्च प्रदर्शन वाले सिरेमिक, स्थायी चुंबक सामग्री, हाइड्रोजन भंडारण सामग्री, ल्यूमिनसेंट और लेजर सामग्री, परमाणु सामग्री और अन्य क्षेत्रों के गलाने में व्यापक रूप से उपयोग करते हैं। मिश्रित सामग्रियों के निरंतर विकास के साथ, दुर्लभ पृथ्वी के अनुप्रयोग ने मिश्रित सामग्रियों के क्षेत्र में भी विस्तार किया है, जिसने विषम सामग्रियों के बीच इंटरफेस गुणों को बेहतर बनाने में व्यापक ध्यान आकर्षित किया है।

मिश्रित सामग्रियों की तैयारी में दुर्लभ पृथ्वी के मुख्य अनुप्रयोग रूपों में शामिल हैं: ① जोड़नादुर्लभ मृदा धातुमिश्रित सामग्रियों के लिए; ② के रूप में जोड़ेंदुर्लभ मृदा ऑक्साइडमिश्रित सामग्री के लिए; ③ पॉलिमर में दुर्लभ पृथ्वी धातुओं के साथ डोप किए गए या बंधे हुए पॉलिमर को मिश्रित सामग्रियों में मैट्रिक्स सामग्री के रूप में उपयोग किया जाता है। दुर्लभ पृथ्वी के अनुप्रयोग के उपरोक्त तीन रूपों में से, पहले दो रूपों को ज्यादातर धातु मैट्रिक्स कंपोजिट में जोड़ा जाता है, जबकि तीसरा मुख्य रूप से पॉलिमर मैट्रिक्स कंपोजिट पर लागू होता है, और सिरेमिक मैट्रिक्स कंपोजिट को मुख्य रूप से दूसरे रूप में जोड़ा जाता है।

दुर्लभ मृदामुख्य रूप से एडिटिव्स, स्टेबलाइजर्स और सिंटरिंग एडिटिव्स के रूप में धातु मैट्रिक्स और सिरेमिक मैट्रिक्स कंपोजिट पर कार्य करता है, जिससे उनके प्रदर्शन में काफी सुधार होता है, उत्पादन लागत कम होती है और इसका औद्योगिक अनुप्रयोग संभव होता है।

मिश्रित सामग्रियों में योजक के रूप में दुर्लभ पृथ्वी तत्वों को शामिल करना मुख्य रूप से मिश्रित सामग्रियों के इंटरफ़ेस प्रदर्शन को बेहतर बनाने और धातु मैट्रिक्स अनाज के शोधन को बढ़ावा देने में एक भूमिका निभाता है। कार्रवाई का तंत्र इस प्रकार है।

① धातु मैट्रिक्स और सुदृढ़ीकरण चरण के बीच गीलापन में सुधार करें। दुर्लभ पृथ्वी तत्वों की विद्युत-ऋणात्मकता अपेक्षाकृत कम होती है (धातुओं की विद्युत-ऋणात्मकता जितनी कम होती है, अधातुओं की विद्युत-ऋणात्मकता उतनी ही अधिक सक्रिय होती है)। उदाहरण के लिए, La 1.1 है, Ce 1.12 है, और Y 1.22 है। सामान्य आधार धातु Fe की विद्युत-ऋणात्मकता 1.83 है, Ni 1.91 है, और Al 1.61 है। इसलिए, दुर्लभ पृथ्वी तत्व गलाने की प्रक्रिया के दौरान धातु मैट्रिक्स और सुदृढ़ीकरण चरण की अनाज सीमाओं पर अधिमानतः सोख लेंगे, जिससे उनकी इंटरफ़ेस ऊर्जा कम हो जाएगी, इंटरफ़ेस का आसंजन कार्य बढ़ जाएगा, गीलापन कोण कम हो जाएगा, और इस तरह मैट्रिक्स और सुदृढ़ीकरण चरण के बीच गीलापन में सुधार होगा। शोध से पता चला है कि एल्युमिनियम मैट्रिक्स में La तत्व को जोड़ने से AlO और एल्युमिनियम तरल की गीलापन में प्रभावी रूप से सुधार होता है, और मिश्रित सामग्रियों की सूक्ष्म संरचना में सुधार होता है।

② धातु मैट्रिक्स अनाज के शोधन को बढ़ावा देना। धातु क्रिस्टल में दुर्लभ पृथ्वी की घुलनशीलता छोटी है, क्योंकि दुर्लभ पृथ्वी तत्वों की परमाणु त्रिज्या बड़ी है, और धातु मैट्रिक्स की परमाणु त्रिज्या अपेक्षाकृत छोटी है। मैट्रिक्स जाली में बड़े त्रिज्या वाले दुर्लभ पृथ्वी तत्वों के प्रवेश से जाली विरूपण होगा, जिससे सिस्टम ऊर्जा में वृद्धि होगी। सबसे कम मुक्त ऊर्जा बनाए रखने के लिए, दुर्लभ पृथ्वी परमाणु केवल अनियमित अनाज सीमाओं की ओर समृद्ध हो सकते हैं, जो कुछ हद तक मैट्रिक्स अनाज के मुक्त विकास में बाधा डालता है। साथ ही, समृद्ध दुर्लभ पृथ्वी तत्व अन्य मिश्र धातु तत्वों को भी अवशोषित करेंगे, जिससे मिश्र धातु तत्वों की सांद्रता ढाल बढ़ेगी, जिससे स्थानीय घटक अंडरकूलिंग होगा, और तरल धातु मैट्रिक्स के विषम न्यूक्लियेशन प्रभाव को बढ़ाया जाएगा। इसके अलावा, तत्व अलगाव के कारण होने वाली अंडरकूलिंग भी अलग-अलग यौगिकों के गठन को बढ़ावा दे सकती है और प्रभावी विषम न्यूक्लियेशन कण बन सकती है, जिससे धातु मैट्रिक्स अनाज के शोधन को बढ़ावा मिलता है।

③ अनाज की सीमाओं को शुद्ध करें। दुर्लभ पृथ्वी तत्वों और O, S, P, N, आदि जैसे तत्वों के बीच मजबूत आत्मीयता के कारण, ऑक्साइड, सल्फाइड, फॉस्फाइड और नाइट्राइड के लिए गठन की मानक मुक्त ऊर्जा कम है। इन यौगिकों में उच्च गलनांक और कम घनत्व होता है, जिनमें से कुछ को मिश्र धातु तरल से ऊपर तैरकर हटाया जा सकता है, जबकि अन्य अनाज के भीतर समान रूप से वितरित होते हैं, जिससे अनाज की सीमा पर अशुद्धियों का अलगाव कम हो जाता है, जिससे अनाज की सीमा शुद्ध हो जाती है और इसकी ताकत में सुधार होता है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि, दुर्लभ पृथ्वी धातुओं की उच्च सक्रियता और कम गलनांक के कारण, जब उन्हें धातु मैट्रिक्स कंपोजिट में जोड़ा जाता है, तो जोड़ने की प्रक्रिया के दौरान ऑक्सीजन के साथ उनके संपर्क को विशेष रूप से नियंत्रित करने की आवश्यकता होती है।

कई प्रथाओं ने साबित कर दिया है कि विभिन्न धातु मैट्रिक्स और सिरेमिक मैट्रिक्स कंपोजिट में स्टेबलाइजर्स, सिंटरिंग एड्स और डोपिंग संशोधक के रूप में दुर्लभ पृथ्वी ऑक्साइड को जोड़ने से सामग्रियों की ताकत और कठोरता में काफी सुधार हो सकता है, उनके सिंटरिंग तापमान को कम किया जा सकता है और इस प्रकार उत्पादन लागत को कम किया जा सकता है। इसकी क्रिया का मुख्य तंत्र इस प्रकार है।

① एक सिंटरिंग एडिटिव के रूप में, यह सिंटरिंग को बढ़ावा दे सकता है और समग्र सामग्रियों में छिद्र को कम कर सकता है। सिंटरिंग एडिटिव्स को जोड़ने का उद्देश्य उच्च तापमान पर एक तरल चरण उत्पन्न करना, मिश्रित सामग्रियों के सिंटरिंग तापमान को कम करना, सिंटरिंग प्रक्रिया के दौरान सामग्रियों के उच्च तापमान अपघटन को रोकना और तरल चरण सिंटरिंग के माध्यम से सघन मिश्रित सामग्री प्राप्त करना है। दुर्लभ पृथ्वी ऑक्साइड की उच्च स्थिरता, कमजोर उच्च तापमान अस्थिरता और उच्च पिघलने और क्वथनांक के कारण, वे अन्य कच्चे माल के साथ ग्लास चरण बना सकते हैं और सिंटरिंग को बढ़ावा दे सकते हैं, जिससे वे एक प्रभावी योजक बन जाते हैं। साथ ही, दुर्लभ पृथ्वी ऑक्साइड सिरेमिक मैट्रिक्स के साथ ठोस घोल भी बना सकता है, जो अंदर क्रिस्टल दोष उत्पन्न कर सकता है, जाली को सक्रिय कर सकता है और सिंटरिंग को बढ़ावा दे सकता है।

② सूक्ष्म संरचना में सुधार और अनाज के आकार को परिष्कृत करें। इस तथ्य के कारण कि जोड़े गए दुर्लभ पृथ्वी ऑक्साइड मुख्य रूप से मैट्रिक्स की अनाज सीमाओं पर मौजूद होते हैं, और उनकी बड़ी मात्रा के कारण, दुर्लभ पृथ्वी ऑक्साइड में संरचना में उच्च प्रवास प्रतिरोध होता है, और अन्य आयनों के प्रवास को भी बाधित करता है, जिससे अनाज की सीमाओं की प्रवास दर कम हो जाती है, अनाज की वृद्धि बाधित होती है, और उच्च तापमान वाले सिंटरिंग के दौरान अनाज की असामान्य वृद्धि में बाधा उत्पन्न होती है। वे छोटे और समान अनाज प्राप्त कर सकते हैं, जो घने संरचनाओं के निर्माण के लिए अनुकूल है; दूसरी ओर, दुर्लभ पृथ्वी ऑक्साइड को डोपिंग करके, वे अनाज सीमा ग्लास चरण में प्रवेश करते हैं, जिससे ग्लास चरण की ताकत में सुधार होता है और इस प्रकार सामग्री के यांत्रिक गुणों में सुधार करने का लक्ष्य प्राप्त होता है।

पॉलिमर मैट्रिक्स कंपोजिट में दुर्लभ पृथ्वी तत्व मुख्य रूप से पॉलिमर मैट्रिक्स के गुणों में सुधार करके उन्हें प्रभावित करते हैं। दुर्लभ पृथ्वी ऑक्साइड पॉलिमर के थर्मल अपघटन तापमान को बढ़ा सकते हैं, जबकि दुर्लभ पृथ्वी कार्बोक्सिलेट पॉलीविनाइल क्लोराइड की थर्मल स्थिरता में सुधार कर सकते हैं। दुर्लभ पृथ्वी यौगिकों के साथ पॉलीस्टाइनिन को डोपिंग करने से पॉलीस्टाइनिन की स्थिरता में सुधार हो सकता है और इसकी प्रभाव शक्ति और झुकने की शक्ति में काफी वृद्धि हो सकती है।