सिरेमिक कोटिंग्स में दुर्लभ मृदा ऑक्साइड का क्या प्रभाव है?

सिरेमिक, धातु सामग्री और बहुलक सामग्री को तीन प्रमुख ठोस सामग्रियों के रूप में सूचीबद्ध किया गया है। सिरेमिक में कई उत्कृष्ट गुण हैं, जैसे उच्च तापमान प्रतिरोध, संक्षारण प्रतिरोध, पहनने का प्रतिरोध, आदि, क्योंकि सिरेमिक का परमाणु बंधन मोड आयनिक बंधन, सहसंयोजक बंधन या उच्च बंधन ऊर्जा के साथ मिश्रित आयन-सहसंयोजक बंधन है। सिरेमिक कोटिंग सब्सट्रेट की बाहरी सतह की उपस्थिति, संरचना और प्रदर्शन को बदल सकती है, कोटिंग-सब्सट्रेट कम्पोजिट अपने नए प्रदर्शन के लिए पसंदीदा है। यह सब्सट्रेट की मूल विशेषताओं को सिरेमिक सामग्री के उच्च तापमान प्रतिरोध, उच्च पहनने के प्रतिरोध और उच्च संक्षारण प्रतिरोध की विशेषताओं के साथ व्यवस्थित रूप से जोड़ सकता है, और दो प्रकार की सामग्रियों के व्यापक लाभों को पूरा खेल दे सकता है, इसलिए इसका व्यापक रूप से एयरोस्पेस, विमानन, राष्ट्रीय रक्षा, रासायनिक उद्योग और अन्य उद्योगों में उपयोग किया जाता है।

दुर्लभ पृथ्वी को इसकी अनूठी 4f इलेक्ट्रॉनिक संरचना और भौतिक और रासायनिक गुणों के कारण नई सामग्रियों का "खजाना घर" कहा जाता है। हालाँकि, शुद्ध दुर्लभ पृथ्वी धातुओं का उपयोग शायद ही कभी सीधे अनुसंधान में किया जाता है, और दुर्लभ पृथ्वी यौगिकों का उपयोग अधिकतर किया जाता है। सबसे आम यौगिक CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS और दुर्लभ पृथ्वी फेरोसिलिकॉन हैं। ये दुर्लभ पृथ्वी यौगिक सिरेमिक सामग्री और सिरेमिक कोटिंग्स की संरचना और गुणों में सुधार कर सकते हैं।

सिरेमिक सामग्रियों में दुर्लभ मृदा ऑक्साइड का अनुप्रयोग

विभिन्न सिरेमिक में स्टेबलाइजर और सिंटरिंग एड्स के रूप में दुर्लभ पृथ्वी तत्वों को जोड़ने से सिंटरिंग तापमान कम हो सकता है, कुछ संरचनात्मक सिरेमिक की ताकत और कठोरता में सुधार हो सकता है, और इस प्रकार उत्पादन लागत कम हो सकती है। इसी समय, दुर्लभ पृथ्वी तत्व अर्धचालक गैस सेंसर, माइक्रोवेव मीडिया, पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक और अन्य कार्यात्मक सिरेमिक में भी बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। शोध में पाया गया कि, एल्यूमिना सिरेमिक में दो या अधिक दुर्लभ पृथ्वी ऑक्साइड को एक साथ जोड़ना एल्यूमिना सिरेमिक में एक दुर्लभ पृथ्वी ऑक्साइड को जोड़ने से बेहतर है। अनुकूलन परीक्षण के बाद, Y2O3 + CeO2 का सबसे अच्छा प्रभाव पड़ता है। जब 0.2% Y2O3 + 0.2% CeO2 को 1490 ℃ पर जोड़ा जाता है, तो सिंटर किए गए नमूनों का सापेक्ष घनत्व 96.2% तक पहुंच सकता है, जो किसी भी दुर्लभ पृथ्वी ऑक्साइड Y2O3 या अकेले CeO2 के साथ नमूनों के घनत्व से अधिक है।

सिंटरिंग को बढ़ावा देने में La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 का प्रभाव केवल La2O3 को जोड़ने की तुलना में बेहतर है, और पहनने के प्रतिरोध में स्पष्ट रूप से सुधार हुआ है। यह भी दर्शाता है कि दो दुर्लभ पृथ्वी ऑक्साइड का मिश्रण एक सरल जोड़ नहीं है, लेकिन उनके बीच एक अंतःक्रिया है, जो एल्यूमिना सिरेमिक के सिंटरिंग और प्रदर्शन सुधार के लिए अधिक फायदेमंद है, लेकिन सिद्धांत का अध्ययन किया जाना बाकी है।

इसके अलावा, यह पाया गया है कि मिश्रित दुर्लभ पृथ्वी धातु ऑक्साइड को सिंटरिंग एड्स के रूप में जोड़ने से सामग्रियों के प्रवास में सुधार हो सकता है, MgO सिरेमिक के सिंटरिंग को बढ़ावा मिल सकता है और घनत्व में सुधार हो सकता है। हालाँकि, जब मिश्रित धातु ऑक्साइड की मात्रा 15% से अधिक होती है, तो सापेक्ष घनत्व कम हो जाता है और खुली छिद्रता बढ़ जाती है।

दूसरा, सिरेमिक कोटिंग्स के गुणों पर दुर्लभ पृथ्वी ऑक्साइड का प्रभाव

मौजूदा शोध से पता चलता है कि दुर्लभ पृथ्वी तत्व अनाज के आकार को परिष्कृत कर सकते हैं, घनत्व बढ़ा सकते हैं, सूक्ष्म संरचना में सुधार कर सकते हैं और इंटरफेस को शुद्ध कर सकते हैं। यह सिरेमिक कोटिंग्स की ताकत, कठोरता, कठोरता, पहनने के प्रतिरोध और संक्षारण प्रतिरोध को बेहतर बनाने में एक अनूठी भूमिका निभाता है, जो एक निश्चित सीमा तक सिरेमिक कोटिंग्स के प्रदर्शन में सुधार करता है और सिरेमिक कोटिंग्स की अनुप्रयोग सीमा को व्यापक बनाता है।

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दुर्लभ मृदा ऑक्साइड द्वारा सिरेमिक कोटिंग्स के यांत्रिक गुणों में सुधार

दुर्लभ पृथ्वी ऑक्साइड सिरेमिक कोटिंग्स की कठोरता, झुकने की शक्ति और तन्य बंधन शक्ति में काफी सुधार कर सकते हैं। प्रायोगिक परिणामों से पता चलता है कि कोटिंग की तन्य शक्ति को Al2O3+3% TiO_2 सामग्री में योजक के रूप में Lao_2 का उपयोग करके प्रभावी रूप से सुधारा जा सकता है, और जब Lao_2 की मात्रा 6.0% होती है, तो तन्य बंधन शक्ति 27.36MPa तक पहुँच सकती है। Cr2O3 सामग्री में 3.0% और 6.0% के द्रव्यमान अंश के साथ CeO2 को जोड़ने पर, कोटिंग की तन्य बंधन शक्ति 18 ~ 25MPa के बीच होती है, जो मूल 12 ~ 16MPa से अधिक है, हालांकि, जब CeO2 की सामग्री 9.0% होती है, तो तन्य बंधन शक्ति घटकर 12 ~ 15MPa हो जाती है।

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दुर्लभ मृदा द्वारा सिरेमिक कोटिंग के तापीय आघात प्रतिरोध में सुधार

थर्मल शॉक प्रतिरोध परीक्षण कोटिंग और सब्सट्रेट के बीच संबंध शक्ति और कोटिंग और सब्सट्रेट के बीच थर्मल विस्तार गुणांक के मिलान को गुणात्मक रूप से प्रतिबिंबित करने के लिए एक महत्वपूर्ण परीक्षण है। यह सीधे उपयोग के दौरान तापमान में परिवर्तन होने पर छीलने का विरोध करने की कोटिंग की क्षमता को दर्शाता है, और साथ ही कोटिंग की यांत्रिक शॉक थकान का विरोध करने की क्षमता और सब्सट्रेट के साथ संबंध बनाने की क्षमता को भी दर्शाता है। इसलिए, यह सिरेमिक कोटिंग की गुणवत्ता का न्याय करने का मुख्य कारक भी है।

शोध से पता चलता है कि 3.0% CeO2 के योग से कोटिंग में छिद्र और छिद्र का आकार कम हो सकता है, और छिद्रों के किनारे पर तनाव की सांद्रता कम हो सकती है, जिससे Cr2O3 कोटिंग के थर्मल शॉक प्रतिरोध में सुधार होता है। हालांकि, LaO2 को जोड़ने के बाद Al2O3 सिरेमिक कोटिंग की छिद्रता कम हो गई, और कोटिंग की बॉन्डिंग ताकत और थर्मल शॉक विफलता जीवन स्पष्ट रूप से बढ़ गया। जब LaO2 की मात्रा 6% (द्रव्यमान अंश) होती है, तो कोटिंग का थर्मल शॉक प्रतिरोध सबसे अच्छा होता है, और थर्मल शॉक विफलता जीवन 218 गुना तक पहुंच सकता है, जबकि LaO2 के बिना कोटिंग का थर्मल शॉक विफलता जीवन केवल 163 गुना है।

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दुर्लभ मृदा ऑक्साइड कोटिंग्स के पहनने के प्रतिरोध को प्रभावित करते हैं

सिरेमिक कोटिंग्स के पहनने के प्रतिरोध को बेहतर बनाने के लिए इस्तेमाल किए जाने वाले दुर्लभ पृथ्वी ऑक्साइड ज्यादातर CeO2 और La2O3 हैं। उनकी हेक्सागोनल स्तरित संरचना अच्छी स्नेहन क्रिया दिखा सकती है और उच्च तापमान पर स्थिर रासायनिक गुणों को बनाए रख सकती है, जो प्रभावी रूप से पहनने के प्रतिरोध में सुधार कर सकती है और घर्षण गुणांक को कम कर सकती है।

शोध से पता चलता है कि CeO2 की उचित मात्रा के साथ कोटिंग का घर्षण गुणांक छोटा और स्थिर है। यह बताया गया है कि प्लाज्मा स्प्रेड निकल-आधारित सेर्मेट कोटिंग में La2O3 जोड़ने से स्पष्ट रूप से कोटिंग के घर्षण पहनने और घर्षण गुणांक को कम किया जा सकता है, और घर्षण गुणांक थोड़े उतार-चढ़ाव के साथ स्थिर होता है। दुर्लभ पृथ्वी के बिना क्लैडिंग परत की पहनने वाली सतह गंभीर आसंजन और भंगुर फ्रैक्चर और स्पैलिंग दिखाती है, हालांकि, दुर्लभ पृथ्वी युक्त कोटिंग पहने हुए सतह पर कमजोर आसंजन दिखाती है, और बड़े क्षेत्र में भंगुर स्पैलिंग का कोई संकेत नहीं है। दुर्लभ पृथ्वी-डोप्ड कोटिंग का माइक्रोस्ट्रक्चर सघन और अधिक कॉम्पैक्ट होता है, और छिद्र कम हो जाते हैं, जो सूक्ष्म कणों द्वारा वहन किए जाने वाले औसत घर्षण बल को कम करता है

सारांश:

यद्यपि दुर्लभ पृथ्वी ऑक्साइड ने सिरेमिक सामग्री और कोटिंग्स के अनुप्रयोग में महान उपलब्धियां हासिल की हैं, जो सिरेमिक सामग्री और कोटिंग्स के सूक्ष्म संरचना और यांत्रिक गुणों में प्रभावी रूप से सुधार कर सकती हैं, फिर भी कई अज्ञात गुण हैं, विशेष रूप से घर्षण और पहनने को कम करने में। सामग्रियों की ताकत और पहनने के प्रतिरोध को उनके स्नेहन गुणों के साथ कैसे सहयोग करना है, यह ट्रिबोलॉजी के क्षेत्र में चर्चा के योग्य एक महत्वपूर्ण दिशा बन गई है।

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