稀土元素在先進陶瓷中的應用（多圖）

目前稀土主要應用于結構陶瓷、功能陶瓷、陶瓷色釉料等領域。隨著稀土新材料的不斷開發與應用，將稀土作為添加劑、穩定劑、燒結助劑作用于各種陶瓷材料，極大地改善了其性能、降低了生產成本，使其工業化應用成為可能。下面就由科眾陶瓷廠來為大家講解下稀土元素在先進陶瓷中的應用。
 

氧化鋁陶瓷管

稀土元素在先進陶瓷中的應用：

1.在先進陶瓷氧化鋁淘瓷中的應用

Al2O3陶瓷由于強度高、耐高溫、絕緣性好、耐磨損、耐腐蝕，且具有良好的機電性能，是目前應用最廣泛的結構陶瓷。加入稀土氧化物如V203、La203、Sm203等可以改善Al203復合材料的潤顯性能、降低陶瓷材料的熔點；使材料孔隙率降低，致密度提高；阻礙其他離子遷移，降低晶界遷移速率，抑制晶粒生長，有利于致密結構的形成；使玻璃相的強度得到提高，從而達到改善Al2O3陶瓷力學性能的目的。

2.在先進陶瓷氮化硅陶瓷中的應用

Si3N4陶瓷具有優異的力學性能、熱學性能及化學穩定性，是高溫結構陶瓷中最有應用潛力的材料。由于Si3N4是強共價鍵化合物，這決定了純Si3N4不能靠常規固相燒結達到致密化，所以除用Si粉直接氮化的反應燒結外，需加入一定量助燒劑制成致密材料。目前制備Si3N4陶瓷較為埋想的燒結助劑是稀土氧化物/203、Nd203、La203等。這些稀土氧化物一方面與Si3N4粉體表面的微量SiO2在高溫下反應生成含氮的高溫玻璃相，有效促進Si3N4陶瓷的燒結；一方面形成具有高耐火度和粘度的Y-La-Si-O-N玻璃晶界，具有較高的高溫抗彎強度和較好的抗氧化性能，并且在高溫條件下易析出具有高熔點的含V、La的結晶化合物，提高了材料的高溫斷裂韌性。

3.在先進陶瓷氧化鋯陶瓷中的應用

Zro2陶瓷的密度大、熔點和硬度較高，尤其是它的抗彎強度和斷裂韌性較高，是所有陶瓷中最高的。由于ZrO2晶型轉化伴有明顯的體積變化，因而限制了直接使用的范圍。隨著研究工作的深入，發現加入稀土氧化物對ZrO2的相變具有更好的抑制穩定作用。常用的稀土氧化物主要是Y203、Nd203、Ce203，其離子半徑與Zr4+基本接近，可以與ZrO2形成單斜、四方和立方晶型的置換型固溶體，這類ZrO2陶瓷材料具有較好的技術性能指標。如Ce02能和ZrO2形成很寬范圍內的四方氧化錯固溶體的相區，是良好的固體電解質材料，V203穩定的Zr02（VSZ)是一種優良的氧離子導體材料，在固體氧化物燃料電池（SOFC)、氧氣傳感器以及甲烷部分氧化膜反應器等方面已獲得廣泛的應用。
 

氧化鋯陶瓷棒
 

4.在先進陶瓷碳化硅陶瓷中的應用

碳化硅陶瓷具有耐高溫、抗熱震、耐腐蝕、耐磨損、熱傳導性良好及質量輕等特點，是常用的高溫結構陶瓷。SiC的強共價鍵結合特性決定了其在通常的條件下很難實現燒結致密化，通常需要添加燒結助劑或采用熱壓、熱等靜壓燒結工藝，生產工藝復雜，成本高。無壓燒結SiC最有效的燒結助劑是Al203-V203；以V3A5012（簡稱VAG）為主要燒結助劑的Sic-VAG陶瓷復合材料，由于在較低溫度下可實現致密化燒結，因此被認為是最有發展前景的碳化硅陶瓷體系之一。

5.在先進陶瓷氮化鋁陶瓷中的應用

AlN是共價鍵化合物，熔點較高，熱導率高、介電常數低、能耐鐵、鋁等金屬和合金的熔蝕，在特殊氣氛中有優異的耐高溫性能，是理想的大規模集成電路基板和封裝材料。由于AlN是共價鍵，燒結非常困難，而單一的燒結助劑降低燒成溫度的程度有限，故通常使用復合助劑（稀土金屬氧化物和誠土金屬氧化物）作為燒結助劑以形成液相促進燒結。另外，燒結助劑還可與AlN中的氧雜質反應，減少因部分氧溶入AlN點陣中而造成的鋁空位，提高AlN的熱導率。