Mecanismo de acción de los óxidos de tierras raras en refractarios de magnesia-calcio

Las propiedades de un elemento determinan su rendimiento, y las tierras raras no son la excepción. Su rendimiento está estrechamente relacionado con sus propiedades. Los principales factores que determinan sus propiedades físicas (como la dureza, la estructura cristalina y el punto de fusión) son sus radios atómicos e iónicos. Los metales de tierras raras tienen puntos de fusión altos que aumentan con el número atómico, aunque esta tendencia no es muy constante. Los elementos de tierras raras suelen perder sus electrones orbitales s y d externos, formando un estado de valencia +3, lo que da lugar a óxidos de tierras raras. Este estado de valencia +3 es el estado de oxidación característico de los elementos de tierras raras. Los óxidos de tierras raras tienen puntos de fusión superiores a 2000 °C y son no volátiles. Son semiconductores conductores mixtos con conductividad tanto electrónica como iónica. La conductividad electrónica se refiere a la conducción de electrones y huecos, mientras que la conductividad iónica se refiere al movimiento de iones de oxígeno dentro de las vacantes de oxígeno, esencialmente la conducción de iones de oxígeno.

Además de utilizar tierras raras directamente como componentes de matriz o centros funcionales basados ​​en las propiedades ópticas y magnéticas de los electrones 4f, sus propiedades químicas, como su reactividad química y su amplio radio iónico, también pueden aprovecharse para modificar la microestructura del material, mejorando así su rendimiento. Las cerámicas semiconductoras funcionales dopadas con tierras raras son un ejemplo destacado. La adición de óxidos de tierras raras a materiales refractarios no solo mejora la resistencia y tenacidad inherentes del material, sino que también reduce las temperaturas de sinterización y los costes de producción.

Gracias a su no toxicidad, alta eficiencia y propiedades físicas y químicas únicas, los compuestos de tierras raras se utilizan cada vez más en una amplia gama de aplicaciones, evolucionando desde aplicaciones primarias en metalurgia, ingeniería química y cerámica hasta aplicaciones avanzadas en materiales compuestos de alto rendimiento, como el almacenamiento de hidrógeno y la luminiscencia. La investigación sobre la aplicación de óxidos de tierras raras en materiales cerámicos ha despertado un gran interés. Diversos estudios han demostrado que la adición de óxidos de tierras raras mejora significativamente el rendimiento de los materiales cerámicos, garantizando su calidad y rendimiento en diversas aplicaciones. Además, los óxidos de tierras raras, como fundentes, pueden promover la sinterización, mejorar la microestructura de la cerámica y proporcionar dopaje y modificación.

Los óxidos de tierras raras, como aditivos, mejoran las propiedades de los materiales refractarios, demostrando sus beneficios únicos y significativos al mejorar el rendimiento y otorgar nuevas funciones. La adición de pequeñas cantidades de óxidos de tierras raras aumenta la densidad de los refractarios de magnesia-calcio, mejorando su densidad y resistencia a la corrosión.

Los óxidos de tierras raras se utilizan como aditivos en refractarios de magnesia-calcio para mejorar su sinterabilidad, compacidad, microestructura, composición de la fase cristalina, resistencia a la flexión a temperatura ambiente y tenacidad a la fractura, cumpliendo así con los requisitos de rendimiento del mercado para refractarios de magnesia-calcio. Existen tres mecanismos principales para la adición de óxidos de tierras raras a los materiales refractarios de magnesio-calcio. (1) Los aditivos como fundentes pueden promover la sinterización. La temperatura de sinterización de los materiales refractarios de magnesio-calcio suele ser alta, y existen muchos factores que dificultan la densificación durante el proceso. La adición de óxidos de tierras raras puede solucionar este problema. Debido a las propiedades únicas de estos óxidos, su adición a los materiales refractarios puede modificar su estructura interna, promoviendo así la sinterización. (2) Los óxidos de tierras raras pueden mejorar la microestructura de los materiales refractarios de magnesio-calcio. Esto reduce la velocidad de migración del límite de grano, inhibe el crecimiento del grano y favorece la formación de una estructura densa. (3) Modificación por dopaje de los óxidos de tierras raras. El dopaje de óxidos de tierras raras durante la preparación de materiales refractarios modifica la forma cristalina de la muestra, lo que a su vez modifica su volumen. Este cambio puede mejorar considerablemente su resistencia a la flexión y tenacidad. La investigación sobre la adición de aditivos para mejorar y optimizar las propiedades relevantes de los materiales en el proceso de preparación de refractarios siempre ha atraído la atención del público. La investigación actual se centra en el problema de la dificultad de sinterización y la facilidad de hidratación de las materias primas de arena de magnesia y calcio. Los principales aditivos incluyen ZrO₂, Fe₂O₃, Al₂O₃, óxidos de tierras raras, etc.