Механизм действия оксидов редкоземельных элементов в магнезиально-кальциевых огнеупорах

Свойства элемента определяют его характеристики, и редкоземельные элементы не являются исключением. Их характеристики тесно связаны с их свойствами. Основными факторами, определяющими их физические свойства (такие как твёрдость, кристаллическая структура и температура плавления), являются их атомные и ионные радиусы. Редкоземельные металлы имеют высокие температуры плавления, которые увеличиваются с увеличением атомного номера, хотя эта тенденция не всегда постоянна. Редкоземельные элементы обычно теряют свои внешние s- и d-орбитальные электроны, образуя валентное состояние +3, образуя таким образом оксиды редкоземельных элементов. Это валентное состояние +3 является характерной степенью окисления редкоземельных элементов. Оксиды редкоземельных элементов имеют температуры плавления выше 2000 °C и являются нелетучими. Они являются полупроводниками смешанной проводимости с электронной и ионной проводимостью. Электронная проводимость относится к проводимости электронов и дырок, в то время как ионная проводимость относится к перемещению ионов кислорода внутри кислородных вакансий, по сути, к проводимости ионов кислорода.

Помимо использования редкоземельных элементов непосредственно в качестве компонентов матрицы или функциональных центров, основанных на оптических и магнитных свойствах 4f-электронов, их химические свойства, такие как химическая активность и большой ионный радиус, также могут быть использованы для модификации микроструктуры материала, тем самым улучшая его характеристики. Функциональная полупроводниковая керамика, легированная редкоземельными элементами, является ярким примером. Добавление оксидов редкоземельных элементов в огнеупорные материалы не только повышает и улучшает прочность и ударную вязкость материала, но и снижает температуру спекания и производственные затраты.

Благодаря своей нетоксичности, высокой эффективности и уникальным физико-химическим свойствам соединения редкоземельных элементов находят все более широкое применение в самых разных областях: от основных применений в металлургии, химической инженерии и керамике до современных применений в высокопроизводительных композитных материалах, таких как хранение водорода и люминесценция. Исследования применения оксидов редкоземельных элементов в керамических материалах привлекли всеобщее внимание. Исследования показали, что добавление оксидов редкоземельных элементов значительно улучшает характеристики керамических материалов, обеспечивая их качество и эксплуатационные характеристики в различных областях применения. Кроме того, оксиды редкоземельных элементов в качестве флюсов могут способствовать спеканию, улучшать микроструктуру керамики, а также обеспечивать легирование и модификацию.

Оксиды редкоземельных элементов в качестве добавок улучшают свойства огнеупорных материалов, демонстрируя свои уникальные и значительные преимущества в повышении эксплуатационных характеристик и придании им новых функций. Добавление небольших количеств оксидов редкоземельных элементов увеличивает плотность магнезиально-кальциевых огнеупоров, улучшая их плотность и коррозионную стойкость.

Оксиды редкоземельных элементов используются в качестве добавок в магнезиально-кальциевые огнеупоры для улучшения их спекаемости, компактности, микроструктуры, кристаллического фазового состава, прочности на изгиб при комнатной температуре и вязкости разрушения, тем самым удовлетворяя требованиям рынка к эксплуатационным характеристикам магнезиально-кальциевых огнеупоров. Существует три основных механизма добавления оксидов редкоземельных элементов в магнезиально-кальциевые огнеупоры. (1) Добавки в качестве флюсов могут способствовать спеканию. Температура спекания магниево-кальциевых огнеупорных материалов, как правило, высока, и существует множество факторов, не способствующих уплотнению в процессе спекания. Добавление оксидов редкоземельных элементов может решить эту проблему. Благодаря уникальным свойствам оксидов редкоземельных элементов, добавление оксидов редкоземельных элементов в огнеупорные материалы может изменить их внутреннюю структуру, тем самым способствуя спеканию магниево-кальциевых огнеупорных материалов. (2) Оксиды редкоземельных элементов могут улучшить микроструктуру магниево-кальциевых огнеупорных материалов. Добавление оксидов редкоземельных элементов может улучшить внутреннюю микроструктуру огнеупорных материалов. Это снижает скорость миграции границ зерен, подавляет рост зерен и способствует формированию плотной структуры. (3) Модификация легирования оксидов редкоземельных элементов. Легирование оксидов редкоземельных элементов в процессе приготовления огнеупорных материалов приведет к изменению кристаллической формы образца, тем самым вызывая изменение его объема. Это изменение может значительно улучшить его сопротивление изгибу и ударную вязкость. Исследования по добавлению добавок для улучшения и оптимизации свойств материалов в процессе производства огнеупоров всегда привлекали внимание. В настоящее время основное внимание уделяется проблеме, связанной с тем, что магнезиально-кальциевый песок трудно спекается и легко гидратируется. В качестве основных добавок используются ZrO2, Fe2O3, Al2O3, оксиды редкоземельных элементов и т.д.