সিরামিক আবরণে বিরল আর্থ অক্সাইডের প্রভাব কী?

সিরামিক, ধাতব পদার্থ এবং পলিমার পদার্থ তিনটি প্রধান কঠিন পদার্থ হিসেবে তালিকাভুক্ত। সিরামিকের অনেক চমৎকার বৈশিষ্ট্য রয়েছে, যেমন উচ্চ তাপমাত্রা প্রতিরোধ, জারা প্রতিরোধ, পরিধান প্রতিরোধ ইত্যাদি, কারণ সিরামিকের পারমাণবিক বন্ধন মোড হল আয়নিক বন্ধন, সহযোজী বন্ধন বা উচ্চ বন্ধন শক্তি সহ মিশ্র আয়ন-সহযোজী বন্ধন। সিরামিক আবরণ সাবস্ট্রেটের বাইরের পৃষ্ঠের চেহারা, গঠন এবং কর্মক্ষমতা পরিবর্তন করতে পারে, লেপ-সাবস্ট্রেট কম্পোজিট তার নতুন কর্মক্ষমতার জন্য পছন্দ করা হয়। এটি জৈবভাবে সাবস্ট্রেটের মূল বৈশিষ্ট্যগুলিকে উচ্চ তাপমাত্রা প্রতিরোধ, উচ্চ পরিধান প্রতিরোধ এবং সিরামিক উপকরণের উচ্চ জারা প্রতিরোধের বৈশিষ্ট্যগুলির সাথে একত্রিত করতে পারে এবং দুই ধরণের উপকরণের ব্যাপক সুবিধাগুলিকে পূর্ণ খেলা দিতে পারে, তাই এটি মহাকাশ, বিমান চলাচল, জাতীয় প্রতিরক্ষা, রাসায়নিক শিল্প এবং অন্যান্য শিল্পে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।

বিরল পৃথিবীকে নতুন উপকরণের "ধনভাণ্ডার" বলা হয়, কারণ এর অনন্য 4f ইলেকট্রনিক কাঠামো এবং ভৌত ও রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য রয়েছে। তবে, বিশুদ্ধ বিরল পৃথিবী ধাতুগুলি খুব কমই সরাসরি গবেষণায় ব্যবহৃত হয় এবং বিরল পৃথিবী যৌগগুলি বেশিরভাগ ক্ষেত্রেই ব্যবহৃত হয়। সবচেয়ে সাধারণ যৌগগুলি হল CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS এবং বিরল পৃথিবী ফেরোসিলিকন। এই বিরল পৃথিবী যৌগগুলি সিরামিক উপকরণ এবং সিরামিক আবরণের গঠন এবং বৈশিষ্ট্যগুলিকে উন্নত করতে পারে।

সিরামিক উপকরণে বিরল আর্থ অক্সাইডের প্রয়োগ

বিভিন্ন সিরামিকের সাথে স্টেবিলাইজার এবং সিন্টারিং এইডস হিসেবে রেয়ার আর্থ উপাদান যোগ করলে সিন্টারিং তাপমাত্রা কমে যায়, কিছু স্ট্রাকচারাল সিরামিকের শক্তি এবং দৃঢ়তা উন্নত হয় এবং এর ফলে উৎপাদন খরচ কমে যায়। একই সাথে, সেমিকন্ডাক্টর গ্যাস সেন্সর, মাইক্রোওয়েভ মিডিয়া, পাইজোইলেকট্রিক সিরামিক এবং অন্যান্য কার্যকরী সিরামিকের ক্ষেত্রেও রেয়ার আর্থ উপাদানগুলি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। গবেষণায় দেখা গেছে যে, অ্যালুমিনা সিরামিকের সাথে দুটি বা ততোধিক রেয়ার আর্থ অক্সাইড একসাথে যোগ করা অ্যালুমিনা সিরামিকের সাথে একটি মাত্র রেয়ার আর্থ অক্সাইড যোগ করার চেয়ে ভালো। অপ্টিমাইজেশন পরীক্ষার পর, Y2O3+CeO2 সবচেয়ে ভালো প্রভাব ফেলে। যখন 0.2%Y2O3+0.2%CeO2 1490℃ তাপমাত্রায় যোগ করা হয়, তখন সিন্টারড নমুনার আপেক্ষিক ঘনত্ব 96.2% এ পৌঁছাতে পারে, যা যেকোনো রেয়ার আর্থ অক্সাইড Y2O3 বা CeO2 এর সাথে নমুনার ঘনত্বকে ছাড়িয়ে যায়।

সিন্টারিং প্রচারে La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 এর প্রভাব শুধুমাত্র La2O3 যোগ করার চেয়ে ভালো, এবং পরিধান প্রতিরোধ ক্ষমতা স্পষ্টতই উন্নত। এটি আরও দেখায় যে দুটি বিরল আর্থ অক্সাইডের মিশ্রণ একটি সহজ সংযোজন নয়, তবে তাদের মধ্যে একটি মিথস্ক্রিয়া রয়েছে, যা অ্যালুমিনা সিরামিকের সিন্টারিং এবং কর্মক্ষমতা উন্নতির জন্য আরও উপকারী, তবে নীতিটি এখনও অধ্যয়ন করা বাকি।

এছাড়াও, এটি পাওয়া গেছে যে সিন্টারিং এইডস হিসাবে মিশ্র বিরল পৃথিবী ধাতব অক্সাইড যোগ করলে উপকরণের স্থানান্তর উন্নত হতে পারে, MgO সিরামিকের সিন্টারিং বৃদ্ধি পেতে পারে এবং ঘনত্ব উন্নত হতে পারে। যাইহোক, যখন মিশ্র ধাতব অক্সাইডের পরিমাণ 15% এর বেশি হয়, তখন আপেক্ষিক ঘনত্ব হ্রাস পায় এবং খোলা ছিদ্র বৃদ্ধি পায়।

দ্বিতীয়ত, সিরামিক আবরণের বৈশিষ্ট্যের উপর বিরল আর্থ অক্সাইডের প্রভাব

বিদ্যমান গবেষণায় দেখা গেছে যে বিরল মাটির উপাদানগুলি শস্যের আকার পরিমার্জন করতে পারে, ঘনত্ব বৃদ্ধি করতে পারে, মাইক্রোস্ট্রাকচার উন্নত করতে পারে এবং ইন্টারফেসকে বিশুদ্ধ করতে পারে। এটি সিরামিক আবরণের শক্তি, দৃঢ়তা, কঠোরতা, পরিধান প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা উন্নত করতে একটি অনন্য ভূমিকা পালন করে, যা সিরামিক আবরণের কর্মক্ষমতা একটি নির্দিষ্ট পরিমাণে উন্নত করে এবং সিরামিক আবরণের প্রয়োগের পরিসর প্রসারিত করে।

১

বিরল আর্থ অক্সাইড দ্বারা সিরামিক আবরণের যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের উন্নতি

রেয়ার আর্থ অক্সাইড সিরামিক আবরণের কঠোরতা, নমন শক্তি এবং প্রসার্য বন্ধন শক্তি উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করতে পারে। পরীক্ষামূলক ফলাফল দেখায় যে Al2O3+3% TiO _2 উপাদানে Lao _2 যোগ করার মাধ্যমে আবরণের প্রসার্য শক্তি কার্যকরভাবে উন্নত করা যেতে পারে এবং Lao _2 এর পরিমাণ 6.0% হলে প্রসার্য বন্ধন শক্তি 27.36MPa এ পৌঁছাতে পারে। Cr2O3 উপাদানে 3.0% এবং 6.0% ভর ভগ্নাংশ সহ CeO2 যোগ করলে, আবরণের প্রসার্য বন্ধন শক্তি 18~25MPa এর মধ্যে থাকে, যা মূল 12~16MPa এর চেয়ে বেশি। যাইহোক, যখন CeO2 এর পরিমাণ 9.0% হয়, তখন প্রসার্য বন্ধন শক্তি 12~15MPa এ কমে যায়।

2

বিরল মাটি দ্বারা সিরামিক আবরণের তাপীয় শক প্রতিরোধের উন্নতি

তাপীয় শক প্রতিরোধ পরীক্ষা হল আবরণ এবং সাবস্ট্রেটের মধ্যে বন্ধন শক্তি এবং আবরণ এবং সাবস্ট্রেটের মধ্যে তাপীয় প্রসারণ সহগের মিলের গুণগতভাবে প্রতিফলিত করার জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ পরীক্ষা। এটি ব্যবহারের সময় পর্যায়ক্রমে তাপমাত্রা পরিবর্তন হলে আবরণের খোসা ছাড়ানোর ক্ষমতাকে সরাসরি প্রতিফলিত করে এবং যান্ত্রিক শক ক্লান্তি প্রতিরোধ করার জন্য আবরণের ক্ষমতা এবং পাশ থেকে সাবস্ট্রেটের সাথে বন্ধন ক্ষমতাকেও প্রতিফলিত করে। অতএব, সিরামিক আবরণের গুণমান বিচার করার জন্য এটিও মূল বিষয়।

গবেষণায় দেখা গেছে যে 3.0% CeO2 যোগ করলে আবরণে ছিদ্রতা এবং ছিদ্রের আকার কমানো যায় এবং ছিদ্রের প্রান্তে চাপের ঘনত্ব কমানো যায়, ফলে Cr2O3 আবরণের তাপীয় শক প্রতিরোধ ক্ষমতা উন্নত হয়। যাইহোক, Al2O3 সিরামিক আবরণের ছিদ্রতা হ্রাস পায় এবং LaO2 যোগ করার পরে আবরণের বন্ধন শক্তি এবং তাপীয় শক ব্যর্থতার জীবন স্পষ্টতই বৃদ্ধি পায়। যখন LaO2 এর সংযোজনের পরিমাণ 6% (ভর ভগ্নাংশ) হয়, তখন আবরণের তাপীয় শক প্রতিরোধ ক্ষমতা সর্বোত্তম হয় এবং তাপীয় শক ব্যর্থতার জীবন 218 গুণে পৌঁছাতে পারে, যেখানে LaO2 ছাড়া আবরণের তাপীয় শক ব্যর্থতার জীবন মাত্র 163 গুণ।

3

রেয়ার আর্থ অক্সাইড আবরণের পরিধান প্রতিরোধ ক্ষমতাকে প্রভাবিত করে

সিরামিক আবরণের পরিধান প্রতিরোধ ক্ষমতা উন্নত করতে ব্যবহৃত বিরল আর্থ অক্সাইডগুলির বেশিরভাগই CeO2 এবং La2O3। তাদের ষড়ভুজাকার স্তরযুক্ত কাঠামো ভাল তৈলাক্তকরণ কার্যকারিতা প্রদর্শন করতে পারে এবং উচ্চ তাপমাত্রায় স্থিতিশীল রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য বজায় রাখতে পারে, যা কার্যকরভাবে পরিধান প্রতিরোধ ক্ষমতা উন্নত করতে পারে এবং ঘর্ষণ সহগ কমাতে পারে।

গবেষণায় দেখা গেছে যে সঠিক পরিমাণে CeO2 সহ আবরণের ঘর্ষণ সহগ ছোট এবং স্থিতিশীল। জানা গেছে যে প্লাজমা স্প্রে করা নিকেল-ভিত্তিক সার্মেট আবরণে La2O3 যোগ করলে স্পষ্টতই ঘর্ষণ ক্ষয় এবং আবরণের ঘর্ষণ সহগ হ্রাস পায় এবং ঘর্ষণ সহগ সামান্য ওঠানামা সহ স্থিতিশীল থাকে। বিরল আর্থ ছাড়া ক্ল্যাডিং স্তরের পরিধান পৃষ্ঠ গুরুতর আনুগত্য এবং ভঙ্গুর ফ্র্যাকচার এবং স্প্যালিং দেখায়, তবে, বিরল আর্থ ধারণকারী আবরণ জীর্ণ পৃষ্ঠে দুর্বল আনুগত্য দেখায় এবং বৃহৎ-ক্ষেত্র ভঙ্গুর স্প্যালিং এর কোনও চিহ্ন নেই। বিরল আর্থ-ডোপড আবরণের মাইক্রোস্ট্রাকচার ঘন এবং আরও কম্প্যাক্ট হয় এবং ছিদ্রগুলি হ্রাস পায়, যা মাইক্রোস্কোপিক কণা দ্বারা বহন করা গড় ঘর্ষণ বল হ্রাস করে এবং ঘর্ষণ এবং পরিধান হ্রাস করে ডোপিং বিরল আর্থ সার্মেটের স্ফটিক সমতল দূরত্বও বৃদ্ধি করতে পারে, এটি দুটি স্ফটিক মুখের মধ্যে মিথস্ক্রিয়া বলের পরিবর্তনের দিকে পরিচালিত করে এবং ঘর্ষণ সহগ হ্রাস করে।

সারাংশ:

যদিও বিরল আর্থ অক্সাইডগুলি সিরামিক উপকরণ এবং আবরণের প্রয়োগে দুর্দান্ত সাফল্য অর্জন করেছে, যা কার্যকরভাবে সিরামিক উপকরণ এবং আবরণের মাইক্রোস্ট্রাকচার এবং যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলিকে উন্নত করতে পারে, তবুও অনেক অজানা বৈশিষ্ট্য রয়েছে, বিশেষ করে ঘর্ষণ এবং ক্ষয় হ্রাস করার ক্ষেত্রে। কীভাবে উপকরণগুলির শক্তি এবং পরিধান প্রতিরোধ ক্ষমতা তাদের তৈলাক্তকরণ বৈশিষ্ট্যের সাথে সহযোগিতা করা যায় তা ট্রাইবোলজির ক্ষেত্রে আলোচনার যোগ্য একটি গুরুত্বপূর্ণ দিক হয়ে উঠেছে।

টেলিফোন: +৮৬-২১-২০৯৭০৩৩২ইমেইল：info@shxlchem.com