BikaranînaErdê Kêmdi Materyalên Kompozît de
Elementên erdên kêm xwedî avahiyek elektronîkî ya bêhempa ya 4f, kêşa magnetîkî ya atomî ya mezin, girêdana spînê ya bihêz û taybetmendiyên din in. Dema ku kompleks bi elementên din re çêdibin, hejmara wan a hevrêzkirinê dikare ji 6 heta 12 biguhere. Tevlihevên erdên kêm xwedî cûrbecûr avahiyên krîstal in. Taybetmendiyên fîzîkî û kîmyewî yên taybetî yên erdên kêm wan di helandina pola û metalên ne-ferroz ên bi kalîte bilind, camên taybetî û seramîkên performansa bilind, materyalên magnetîsên daîmî, materyalên hilanîna hîdrojenê, materyalên ronî û lazer, materyalên navokî û warên din de bi berfirehî bikar tînin. Bi pêşkeftina domdar a materyalên kompozît re, sepandina erdên kêm di warê materyalên kompozît de jî berfireh bûye, û di baştirkirina taybetmendiyên navrûyê di navbera materyalên nehomojen de bala berfireh kişandiye.
Formên sereke yên bikaranîna erdên nadir di amadekirina materyalên kompozît de ev in: ① lêzêdekirinmetalên erdên kêmbo materyalên kompozît; ② Bi şêweyê lê zêde bikeoksîdên erdên kêmbo materyalê kompozît; ③ Polîmerên ku bi metalên erdên nadir ên di polîmeran de dopîngkirî an jî girêdayî ne, wekî materyalên matrîksê di materyalên kompozît de têne bikar anîn. Di nav sê formên jorîn ên sepandina erdên nadir de, du formên yekem bi piranî li kompozîta matrîksa metal têne zêdekirin, dema ku ya sêyemîn bi piranî li kompozîtên matrîksa polîmer tê sepandin, û kompozîta matrîksa seramîk bi piranî di forma duyemîn de têne zêdekirin.
Erdê kêmbi giranî li ser matrîksa metal û kompozîta matrîksa seramîk bi şiklê lêzêdeker, stabîlîzator û lêzêdekerên sinterkirinê tevdigere, performansa wan pir baştir dike, lêçûnên hilberînê kêm dike û serîlêdana wê ya pîşesaziyê gengaz dike.
Zêdekirina elementên erdên nadir wekî lêzêdeker di materyalên kompozît de bi giranî di baştirkirina performansa rûbera materyalên kompozît û pêşvebirina rafinerkirina dendikên matrîksa metalî de rolek dilîze. Mekanîzmaya çalakiyê wiha ye.
① Şilbûna di navbera matrîksa metal û qonaxa xurtkirinê de baştir bike. Elektronegatîvîteya elementên erdên nadir nisbeten kêm e (elektronegatîvîteya metalan çiqas piçûktir be, elektronegatîvîteya nemetalan ewqas çalaktir e). Bo nimûne, La 1.1 e, Ce 1.12 e, û Y 1.22 e. Elektronegatîvîteya metala bingehîn a hevpar Fe 1.83, Ni 1.91 e, û Al 1.61 e. Ji ber vê yekê, elementên erdên nadir dê di dema pêvajoya helandinê de bi tercîhî li ser sînorên genim ên matrîksa metal û qonaxa xurtkirinê adsorb bibin, enerjiya wan a navrûyê kêm bikin, karê zeliqandina navrûyê zêde bikin, goşeya şilbûnê kêm bikin, û bi vî rengî şilbûna di navbera matrîks û qonaxa xurtkirinê de baştir bikin. Lêkolînan nîşan daye ku zêdekirina elementa La li matrîksa aluminiumê bi bandor şilbûna AlO3 û şileya aluminiumê baştir dike, û mîkroavahîya materyalên kompozît baştir dike.
② Pêşvebirina paqijkirina dendikên matrîksa metalî. Çareseriya erdên kêm di krîstala metalî de piçûk e, ji ber ku nîvkada atomî ya elementên erdên kêm mezin e, û nîvkada atomî ya matrîksa metalî nisbeten piçûk e. Ketina elementên erdên kêm ên bi nîvkada mezintir nav tora matrîksê dê bibe sedema xirabûna tora, ku dê enerjiya pergalê zêde bike. Ji bo parastina enerjiya azad a herî kêm, atomên erdên kêm tenê dikarin ber bi sînorên dendikên nerêkûpêk ve dewlemend bibin, ku heta radeyekê mezinbûna azad a dendikên matrîksê asteng dike. Di heman demê de, elementên erdên kêm ên dewlemendkirî dê elementên din ên alloy jî bihelînin, gradyana konsantrasyonê ya elementên alloy zêde bikin, bibin sedema sarbûna kêm a pêkhateyên herêmî, û bandora navokî ya heterojen a matrîksa metalî ya şile zêde bikin. Wekî din, sarbûna kêm a ji ber veqetandina elementî çêdibe dikare çêbûna pêkhateyên veqetandî jî pêşve bibe û bibe perçeyên navokî yên heterojen ên bi bandor, bi vî rengî paqijkirina dendikên matrîksa metalî pêşve bibe.
③ Sînorên dendikan paqij bike. Ji ber girêdana xurt a di navbera hêmanên erdên nadir û hêmanên wekî O, S, P, N, û hwd. de, enerjiya azad a standard a çêbûna oksîd, sulfîd, fosfîd û nîtrîdan kêm e. Van pêkhateyan xala helandinê ya bilind û densiteya wan kêm e, hin ji wan dikarin bi avjeniyê ji şileya alloy ve werin rakirin, hinên din jî bi rengek wekhev di nav dendikan de têne belavkirin, veqetandina nepakiyan li sînorê dendikan kêm dikin, bi vî rengî sînorê dendikan paqij dikin û hêza wê baştir dikin.
Divê bê zanîn ku, ji ber çalakiya bilind û xala helandinê ya nizm a metalên erdên nadir, dema ku ew li kompozîta matrîksa metalî têne zêdekirin, têkiliya wan bi oksîjenê re di dema pêvajoya zêdekirinê de hewce dike ku bi taybetî were kontrol kirin.
Gelek pratîkan îspat kirine ku zêdekirina oksîdên erdên nadir wekî stabîlîzator, alîkarên sinterkirinê, û guherînerên dopîngê li matrîksên metalî yên cûda û kompozîtên matrîksa seramîk dikare hêz û berxwedana materyalan pir baştir bike, germahiya sinterkirina wan kêm bike, û bi vî rengî lêçûnên hilberînê kêm bike. Mekanîzmaya sereke ya çalakiya wê wiha ye.
① Wekî lêzêdekerek sinterkirinê, ew dikare sinterkirinê pêş bixe û porozîteya di materyalên kompozît de kêm bike. Zêdekirina lêzêdekerên sinterkirinê ji bo çêkirina qonaxek şil di germahiyên bilind de, kêmkirina germahiya sinterkirina materyalên kompozît, astengkirina hilweşîna materyalan di germahiya bilind de di dema pêvajoya sinterkirinê de, û bidestxistina materyalên kompozît ên qalind bi rêya sinterkirina qonaxa şil e. Ji ber aramiya bilind, volatîlîteya qels a germahiya bilind, û xalên helandin û kelandinê yên bilind ên oksîdên erdên nadir, ew dikarin bi madeyên xav ên din re qonaxên cam çêbikin û sinterkirinê pêşve bibin, ku wan dike lêzêdekerek bi bandor. Di heman demê de, oksîdên erdên nadir dikarin bi matrîksa seramîk re çareseriyek hişk jî çêbikin, ku dikare kêmasiyên krîstalê di hundurê de çêbike, tora çalak bike û sinterkirinê pêşve bibe.
② Mîkroavahî baştir bike û mezinahiya dendikan safî bike. Ji ber ku oksîdên erdên nadir ên lêzêdekirî bi piranî li sînorên dendikan ên matrîksê hene, û ji ber qebareya wan a mezin, oksîdên erdên nadir di avahiyê de berxwedanek mezin a koçberiyê hene, û her weha koçberiya îyonên din asteng dikin, bi vî rengî rêjeya koçberiya sînorên dendikan kêm dikin, mezinbûna dendikan asteng dikin, û di dema sinterkirina germahiya bilind de mezinbûna anormal a dendikan asteng dikin. Ew dikarin dendikên piçûk û yekreng bi dest bixin, ku ji bo avakirina avahiyên qelew guncan e; Ji hêla din ve, bi dopkirina oksîdên erdên nadir, ew dikevin qonaxa cama sînorê dendikan, hêza qonaxa cama baştir dikin û bi vî rengî armanca baştirkirina taybetmendiyên mekanîkî yên materyalê pêk tînin.
Elementên erdên kêm ên di kompozîtên matrîksa polîmer de bi giranî bi baştirkirina taybetmendiyên matrîksa polîmer bandorê li wan dikin. Oksîdên erdên kêm dikarin germahiya hilweşîna germî ya polîmeran zêde bikin, lê karboksîlatên erdên kêm dikarin aramiya germî ya polîvînîl klorîdê baştir bikin. Dopkirina polîstîrenê bi pêkhateyên erdên kêm dikare aramiya polîstîrenê baştir bike û hêza wê ya bandorê û hêza wê ya xwarbûnê bi girîngî zêde bike.
Dema weşandinê: 26ê Nîsanê-2023