稀土元素在先進(jìn)陶瓷中的應(yīng)用（多圖）

目前稀土主要應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(jìn)陶瓷中的應(yīng)用。
 

氧化鋁陶瓷管

稀土元素在先進(jìn)陶瓷中的應(yīng)用：

1.在先進(jìn)陶瓷氧化鋁淘瓷中的應(yīng)用

Al2O3陶瓷由于強(qiáng)度高、耐高溫、絕緣性好、耐磨損、耐腐蝕，且具有良好的機(jī)電性能，是目前應(yīng)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(fù)合材料的潤顯性能、降低陶瓷材料的熔點(diǎn)；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(qiáng)度得到提高，從而達(dá)到改善Al2O3陶瓷力學(xué)性能的目的。

2.在先進(jìn)陶瓷氮化硅陶瓷中的應(yīng)用

Si3N4陶瓷具有優(yōu)異的力學(xué)性能、熱學(xué)性能及化學(xué)穩(wěn)定性，是高溫結(jié)構(gòu)陶瓷中最有應(yīng)用潛力的材料。由于Si3N4是強(qiáng)共價鍵化合物，這決定了純Si3N4不能靠常規(guī)固相燒結(jié)達(dá)到致密化，所以除用Si粉直接氮化的反應(yīng)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(yīng)生成含氮的高溫玻璃相，有效促進(jìn)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(qiáng)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(diǎn)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(jìn)陶瓷氧化鋯陶瓷中的應(yīng)用

Zro2陶瓷的密度大、熔點(diǎn)和硬度較高，尤其是它的抗彎強(qiáng)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(biāo)。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(dǎo)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(yīng)器等方面已獲得廣泛的應(yīng)用。
 

氧化鋯陶瓷棒
 

4.在先進(jìn)陶瓷碳化硅陶瓷中的應(yīng)用

碳化硅陶瓷具有耐高溫、抗熱震、耐腐蝕、耐磨損、熱傳導(dǎo)性良好及質(zhì)量輕等特點(diǎn)，是常用的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷。SiC的強(qiáng)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(fù)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(fù)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(rèn)為是最有發(fā)展前景的碳化硅陶瓷體系之一。

5.在先進(jìn)陶瓷氮化鋁陶瓷中的應(yīng)用

AlN是共價鍵化合物，熔點(diǎn)較高，熱導(dǎo)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(fù)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(jìn)燒結(jié)。另外，燒結(jié)助劑還可與AlN中的氧雜質(zhì)反應(yīng)，減少因部分氧溶入AlN點(diǎn)陣中而造成的鋁空位，提高AlN的熱導(dǎo)率。