Mecanismo de ação dos óxidos de terras raras em refratários de magnésio-cálcio

As propriedades de um elemento determinam o seu desempenho, e os elementos de terras raras não são exceção. O seu desempenho está intimamente relacionado com as suas propriedades. Os principais fatores que determinam as suas propriedades físicas (como a dureza, a estrutura cristalina e o ponto de fusão) são os seus raios atómico e iónico. Os metais de terras raras têm pontos de fusão elevados que aumentam com o aumento do número atómico, embora esta tendência não seja muito consistente. Os elementos de terras raras perdem normalmente os seus eletrões dos orbitais s e d externos, formando um estado de valência +3, formando assim óxidos de terras raras. Este estado de valência +3 é o estado de oxidação característico dos elementos de terras raras. Os óxidos de terras raras têm pontos de fusão superiores a 2000 °C e são não voláteis. São semicondutores condutores mistos com condutividade eletrónica e iónica. A condutividade eletrónica refere-se à condução de eletrões e lacunas, enquanto a condutividade iónica se refere ao movimento de iões de oxigénio dentro de lacunas de oxigénio, essencialmente a condução de iões de oxigénio.

Para além de utilizar elementos de terras raras diretamente como componentes da matriz ou centros funcionais com base nas propriedades óticas e magnéticas dos eletrões 4f, as suas propriedades químicas, como a reatividade química e o grande raio iónico, também podem ser aproveitadas para modificar a microestrutura do material, melhorando assim o seu desempenho. As cerâmicas semicondutoras funcionais dopadas com terras raras são um exemplo importante. A adição de óxidos de terras raras a materiais refractários não só aumenta e melhora a resistência e tenacidade inerentes do material, como também reduz as temperaturas de sinterização e os custos de produção.

Devido à sua não toxicidade, elevada eficiência e propriedades físicas e químicas únicas, os compostos de terras raras estão a ser cada vez mais utilizados numa vasta gama de aplicações, evoluindo de aplicações primárias em metalurgia, engenharia química e cerâmica para aplicações avançadas em materiais compósitos de alto desempenho, como o armazenamento de hidrogénio e a luminescência. A investigação sobre a aplicação de óxidos de terras raras em materiais cerâmicos tem atraído ampla atenção. Estudos demonstraram que a adição de óxidos de terras raras melhora significativamente o desempenho dos materiais cerâmicos, garantindo a sua qualidade e desempenho para diversas aplicações. Além disso, os óxidos de terras raras, como os fundentes, podem promover a sinterização, melhorar a microestrutura da cerâmica e proporcionar dopagem e modificação.

Os óxidos de terras raras, como aditivos, melhoram as propriedades dos materiais refractários, demonstrando os seus benefícios únicos e significativos na melhoria do desempenho e na atribuição de novas funções. A adição de pequenas quantidades de óxidos de terras raras aumenta a densidade dos refractários magnésio-cálcio, melhorando a sua densidade e resistência à corrosão.

Os óxidos de terras raras são utilizados como aditivos em refractários de magnésio-cálcio para melhorar a sua sinterabilidade, compactação, microestrutura, composição da fase cristalina, resistência à flexão à temperatura ambiente e tenacidade à fratura, cumprindo assim os requisitos de desempenho do mercado para refractários de magnésio-cálcio. Existem três mecanismos principais para a adição de óxidos de terras raras a materiais refractários de magnésio-cálcio. (1) Aditivos como os fundentes podem promover a sinterização. A temperatura de sinterização dos materiais refractários de magnésio-cálcio é geralmente elevada, existindo muitos factores que não são propícios à densificação durante o processo de sinterização. A adição de óxidos de terras raras pode resolver este problema. Devido às propriedades únicas dos óxidos de terras raras, a adição de óxidos de terras raras a materiais refractários pode alterar a sua estrutura interna, promovendo assim a sinterização dos materiais refractários magnésio-cálcio. (2) Os óxidos de terras raras podem melhorar a microestrutura dos materiais refractários de magnésio-cálcio. A adição de óxidos de terras raras pode melhorar a microestrutura interna dos materiais refractários. Isto reduz a taxa de migração do contorno de grão, inibe o crescimento de grãos e é propício à formação de uma estrutura densa. (3) Modificação da dopagem de óxidos de terras raras. A dopagem de óxidos de terras raras no processo de preparação de materiais refractários fará com que a forma cristalina da amostra se altere, provocando assim uma alteração no seu volume. Esta alteração pode melhorar significativamente a sua resistência à flexão e tenacidade. A investigação sobre a adição de aditivos para melhorar e otimizar as propriedades relevantes dos materiais no processo de preparação de materiais refratários sempre atraiu a atenção do público. Na investigação atual, o foco principal está no problema de que as matérias-primas de areia de cálcio e magnésia são difíceis de sinterizar e fáceis de hidratar. Os principais aditivos incluem ZrO2, Fe2O3, Al2O3, óxidos de terras raras, etc.