مکانیسم عملکرد اکسیدهای عناصر کمیاب در دیرگدازهای منیزیم-کلسیم
خواص یک عنصر، عملکرد آن را تعیین می‌کند و عناصر خاکی کمیاب نیز از این قاعده مستثنی نیستند. عملکرد آنها ارتباط نزدیکی با خواصشان دارد. عوامل اصلی تعیین‌کننده خواص فیزیکی آنها (مانند سختی، ساختار بلوری و نقطه ذوب) شعاع اتمی و یونی آنها است. فلزات خاکی کمیاب نقاط ذوب بالایی دارند که با افزایش عدد اتمی افزایش می‌یابد، اگرچه این روند خیلی ثابت نیست. عناصر خاکی کمیاب معمولاً الکترون‌های اوربیتال s و d بیرونی خود را از دست می‌دهند و حالت ظرفیت +۳ را تشکیل می‌دهند و در نتیجه اکسیدهای خاکی کمیاب را تشکیل می‌دهند. این حالت ظرفیت +۳ حالت اکسیداسیون مشخصه عناصر خاکی کمیاب است. اکسیدهای خاکی کمیاب دارای نقاط ذوب بیش از ۲۰۰۰ درجه سانتیگراد هستند و غیرفرار هستند. آنها نیمه‌رساناهای رسانای مختلط با رسانایی الکترونیکی و یونی هستند. رسانایی الکترونیکی به رسانایی الکترون‌ها و حفره‌ها اشاره دارد، در حالی که رسانایی یونی به حرکت یون‌های اکسیژن در جای خالی اکسیژن، اساساً رسانایی یون اکسیژن، اشاره دارد.
علاوه بر استفاده مستقیم از عناصر خاکی کمیاب به عنوان اجزای ماتریس یا مراکز عملکردی بر اساس خواص نوری و مغناطیسی الکترون‌های 4f، می‌توان از خواص شیمیایی آنها، مانند واکنش‌پذیری شیمیایی و شعاع یونی بزرگ آنها، برای اصلاح ریزساختار ماده و در نتیجه بهبود عملکرد آن استفاده کرد. سرامیک‌های نیمه‌هادی کاربردی آلاییده شده با عناصر خاکی کمیاب، نمونه بارزی از این موارد هستند. افزودن اکسیدهای خاکی کمیاب به مواد نسوز نه تنها استحکام و چقرمگی ذاتی ماده را افزایش و بهبود می‌بخشد، بلکه دمای پخت و هزینه‌های تولید را نیز کاهش می‌دهد.
به دلیل غیرسمی بودن، راندمان بالا و خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد، ترکیبات خاکی کمیاب به طور فزاینده‌ای در طیف وسیعی از کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرند و از کاربردهای اولیه در متالورژی، مهندسی شیمی و سرامیک به کاربردهای پیشرفته در مواد کامپوزیتی با کارایی بالا مانند ذخیره‌سازی هیدروژن و لومینسانس تکامل می‌یابند. تحقیقات در مورد کاربرد اکسیدهای خاکی کمیاب در مواد سرامیکی توجه گسترده‌ای را به خود جلب کرده است. مطالعات نشان داده است که افزودن اکسیدهای خاکی کمیاب به طور قابل توجهی عملکرد مواد سرامیکی را بهبود می‌بخشد و کیفیت و عملکرد آنها را برای کاربردهای متنوع تضمین می‌کند. علاوه بر این، اکسیدهای عناصر خاکی کمیاب، به عنوان گدازآور، می‌توانند تف‌جوشی را افزایش دهند، ریزساختار سرامیک را بهبود بخشند و آلایش و اصلاح را فراهم کنند.
اکسیدهای عناصر خاکی کمیاب، به عنوان افزودنی، خواص مواد نسوز را بهبود می‌بخشند و مزایای منحصر به فرد و قابل توجه خود را در افزایش عملکرد و ایجاد عملکردهای جدید نشان می‌دهند. افزودن مقادیر کمی از اکسیدهای عناصر خاکی کمیاب، چگالی دیرگدازهای منیزیا-کلسیم را افزایش می‌دهد و چگالی و مقاومت در برابر خوردگی آنها را بهبود می‌بخشد.
اکسیدهای عناصر خاکی کمیاب به عنوان افزودنی در دیرگدازهای منیزیا-کلسیم برای بهبود قابلیت تف‌جوشی، فشردگی، ریزساختار، ترکیب فاز کریستالی، استحکام خمشی در دمای اتاق و چقرمگی شکست آنها استفاده می‌شوند و در نتیجه الزامات عملکرد بازار برای دیرگدازهای منیزیا-کلسیم را برآورده می‌کنند. سه مکانیسم اصلی برای افزودن اکسیدهای عناصر خاکی کمیاب به مواد نسوز منیزیم-کلسیم وجود دارد. (1) افزودنی‌ها به عنوان گدازآور می‌توانند تف‌جوشی را افزایش دهند. دمای تف‌جوشی مواد نسوز منیزیم-کلسیم به طور کلی بالا است و عوامل زیادی وجود دارند که برای تراکم در طول فرآیند تف‌جوشی مساعد نیستند. افزودن اکسیدهای عناصر خاکی کمیاب می‌تواند این مشکل را حل کند. با توجه به خواص منحصر به فرد اکسیدهای عناصر خاکی کمیاب، افزودن اکسیدهای عناصر خاکی کمیاب به مواد نسوز می‌تواند ساختار داخلی آنها را تغییر دهد و در نتیجه باعث افزایش پخت مواد نسوز منیزیم-کلسیم شود. (2) اکسیدهای عناصر خاکی کمیاب می‌توانند ریزساختار مواد نسوز منیزیم-کلسیم را بهبود بخشند. افزودن اکسیدهای عناصر خاکی کمیاب می‌تواند ریزساختار داخلی مواد نسوز را بهبود بخشد. این امر سرعت مهاجرت مرز دانه را کاهش می‌دهد، رشد دانه را مهار می‌کند و منجر به تشکیل یک ساختار متراکم می‌شود. (3) اصلاح دوپینگ اکسیدهای عناصر خاکی کمیاب. دوپینگ اکسیدهای عناصر خاکی کمیاب در فرآیند تهیه مواد نسوز باعث تغییر شکل کریستالی نمونه می‌شود و در نتیجه باعث تغییر حجم آن می‌شود. این تغییر می‌تواند مقاومت خمشی و چقرمگی آن را تا حد زیادی بهبود بخشد. تحقیقات در مورد افزودن افزودنی‌ها برای بهبود و بهینه‌سازی خواص مربوط به مواد در فرآیند تهیه مواد نسوز همیشه توجه مردم را به خود جلب کرده است. در تحقیق حاضر، تمرکز اصلی بر این مشکل است که مواد اولیه ماسه کلسیم منیزیم به سختی پخته می‌شوند و به راحتی هیدراته می‌شوند. افزودنی‌های اصلی شامل ZrO2، Fe2O3، Al2O3، اکسیدهای عناصر کمیاب و غیره هستند.