마그네시아-칼슘 내화물에서 희토류 산화물의 작용 메커니즘

원소의 특성은 성능을 결정하며, 희토류 원소도 예외는 아닙니다. 희토류 원소의 성능은 특성과 밀접한 관련이 있습니다. 경도, 결정 구조, 녹는점과 같은 물리적 특성을 결정하는 주요 요인은 원자 반지름과 이온 반지름입니다. 희토류 금속은 원자 번호가 증가함에 따라 녹는점이 높아지지만, 이러한 경향은 일정하지 않습니다. 희토류 원소는 일반적으로 최외각 s 및 d 오비탈 전자를 잃고 +3 원자가 상태를 형성하여 희토류 산화물을 형성합니다. 이 +3 원자가 상태는 희토류 원소의 특징적인 산화 상태입니다. 희토류 산화물은 녹는점이 2000°C를 초과하며 비휘발성입니다. 희토류 산화물은 전자 전도성과 이온 전도성을 모두 가진 혼합 전도성 반도체입니다. 전자 전도성은 전자와 정공의 전도를 의미하며, 이온 전도성은 산소 공극 내에서 산소 이온의 이동, 즉 본질적으로 산소 이온 전도를 의미합니다.

4f 전자의 광학적 및 자기적 특성을 기반으로 희토류 원소를 매트릭스 구성 요소 또는 기능 중심으로 직접 사용하는 것 외에도, 화학 반응성 및 큰 이온 반경과 같은 화학적 특성을 활용하여 재료의 미세 구조를 변형하여 성능을 향상시킬 수 있습니다. 희토류 도핑된 기능성 반도체 세라믹이 대표적인 예입니다. 내화 재료에 희토류 산화물을 첨가하면 재료의 고유 강도와 인성을 향상시킬 뿐만 아니라 소결 온도와 생산 비용도 절감할 수 있습니다.

무독성, 고효율, 그리고 고유한 물리적 및 화학적 특성으로 인해 희토류 화합물은 야금, 화학 공학, 세라믹 분야의 주요 응용 분야에서 수소 저장 및 발광과 같은 고성능 복합 재료 분야의 고급 응용 분야로 발전하면서 광범위한 응용 분야에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 세라믹 재료에 희토류 산화물을 적용하는 연구는 광범위한 관심을 불러일으켰습니다. 연구에 따르면 희토류 산화물을 첨가하면 세라믹 재료의 성능이 크게 향상되어 다양한 응용 분야에서 품질과 성능을 보장할 수 있습니다. 또한, 희토류 산화물은 플럭스로서 소결을 촉진하고, 세라믹의 미세 구조를 개선하며, 도핑 및 개질을 제공할 수 있습니다.

희토류 산화물은 첨가제로서 내화 재료의 특성을 개선하여 성능 향상 및 새로운 기능 부여에 있어 독특하고 중요한 이점을 보여줍니다. 소량의 희토류 산화물을 첨가하면 마그네시아-칼슘 내화물의 밀도가 증가하여 밀도와 내식성이 향상됩니다.

희토류 산화물은 마그네시아-칼슘 내화물의 첨가제로 사용되어 소결성, 치밀성, 미세 구조, 결정상 조성, 상온 굽힘 강도 및 파괴 인성을 향상시켜 마그네시아-칼슘 내화물에 대한 시장 성능 요건을 충족합니다. 마그네슘-칼슘 내화물에 희토류 산화물을 첨가하는 세 가지 주요 메커니즘이 있습니다. (1) 플럭스로서 첨가제는 소결을 촉진할 수 있습니다. 마그네슘-칼슘 내화재의 소결 온도는 일반적으로 높으며, 소결 과정에서 치밀화를 저해하는 요인들이 많습니다. 희토류 산화물을 첨가하면 이 문제를 해결할 수 있습니다. 희토류 산화물의 고유한 특성으로 인해 내화재에 희토류 산화물을 첨가하면 내부 구조가 변화하여 마그네슘-칼슘 내화재의 소결이 촉진됩니다. (2) 희토류 산화물은 마그네슘-칼슘 내화재의 미세 구조를 개선할 수 있습니다. 희토류 산화물을 첨가하면 내화재의 내부 미세 구조가 개선되어 결정립계 이동 속도가 감소하고, 결정립 성장이 억제되며, 치밀한 구조 형성에 도움이 됩니다. (3) 희토류 산화물의 도핑 변형. 내화재 제조 과정에서 희토류 산화물을 도핑하면 시편의 결정 형태가 변화하여 부피가 변합니다. 이러한 변화는 굽힘 저항성과 인성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 내화재 제조 공정에서 재료의 관련 특성을 개선하고 최적화하기 위한 첨가제 첨가 연구는 항상 많은 관심을 받아 왔습니다. 현재 연구에서는 마그네시아 칼슘 모래 원료가 소결이 어렵고 수화되기 쉽다는 문제에 중점을 두고 있습니다. 주요 첨가제로는 ZrO₂, Fe₂O₃, Al₂O₃, 희토류 산화물 등이 있습니다.