稀土元素在先进陶瓷中的应用（多图）

目前稀土主要应用于结构陶瓷、功能陶瓷、陶瓷色釉料等领域。随着稀土新材料的不断开发与应用，将稀土作为添加剂、稳定剂、烧结助剂作用于各种陶瓷材料，极大地改善了其性能、降低了生产成本，使其工业化应用成为可能。下面就由科众陶瓷厂来为大家讲解下稀土元素在先进陶瓷中的应用。
 

氧化铝陶瓷管

稀土元素在先进陶瓷中的应用：

1.在先进陶瓷氧化铝淘瓷中的应用

Al2O3陶瓷由于强度高、耐高温、绝缘性好、耐磨损、耐腐蚀，且具有良好的机电性能，是目前应用最广泛的结构陶瓷。加入稀土氧化物如V203、La203、Sm203等可以改善Al203复合材料的润显性能、降低陶瓷材料的熔点；使材料孔隙率降低，致密度提高；阻碍其他离子迁移，降低晶界迁移速率，抑制晶粒生长，有利于致密结构的形成；使玻璃相的强度得到提高，从而达到改善Al2O3陶瓷力学性能的目的。

2.在先进陶瓷氮化硅陶瓷中的应用

Si3N4陶瓷具有优异的力学性能、热学性能及化学稳定性，是高温结构陶瓷中最有应用潜力的材料。由于Si3N4是强共价键化合物，这决定了纯Si3N4不能靠常规固相烧结达到致密化，所以除用Si粉直接氮化的反应烧结外，需加入一定量助烧剂制成致密材料。目前制备Si3N4陶瓷较为埋想的烧结助剂是稀土氧化物/203、Nd203、La203等。这些稀土氧化物一方面与Si3N4粉体表面的微量SiO2在高温下反应生成含氮的高温玻璃相，有效促进Si3N4陶瓷的烧结；一方面形成具有高耐火度和粘度的Y-La-Si-O-N玻璃晶界，具有较高的高温抗弯强度和较好的抗氧化性能，并且在高温条件下易析出具有高熔点的含V、La的结晶化合物，提高了材料的高温断裂韧性。

3.在先进陶瓷氧化锆陶瓷中的应用

Zro2陶瓷的密度大、熔点和硬度较高，尤其是它的抗弯强度和断裂韧性较高，是所有陶瓷中最高的。由于ZrO2晶型转化伴有明显的体积变化，因而限制了直接使用的范围。随着研究工作的深入，发现加入稀土氧化物对ZrO2的相变具有更好的抑制稳定作用。常用的稀土氧化物主要是Y203、Nd203、Ce203，其离子半径与Zr4+基本接近，可以与ZrO2形成单斜、四方和立方晶型的置换型固溶体，这类ZrO2陶瓷材料具有较好的技术性能指标。如Ce02能和ZrO2形成很宽范围内的四方氧化错固溶体的相区，是良好的固体电解质材料，V203稳定的Zr02（VSZ)是一种优良的氧离子导体材料，在固体氧化物燃料电池（SOFC)、氧气传感器以及甲烷部分氧化膜反应器等方面已获得广泛的应用。
 

氧化锆陶瓷棒
 

4.在先进陶瓷碳化硅陶瓷中的应用

碳化硅陶瓷具有耐高温、抗热震、耐腐蚀、耐磨损、热传导性良好及质量轻等特点，是常用的高温结构陶瓷。SiC的强共价键结合特性决定了其在通常的条件下很难实现烧结致密化，通常需要添加烧结助剂或采用热压、热等静压烧结工艺，生产工艺复杂，成本高。无压烧结SiC最有效的烧结助剂是Al203-V203；以V3A5012（简称VAG）为主要烧结助剂的Sic-VAG陶瓷复合材料，由于在较低温度下可实现致密化烧结，因此被认为是最有发展前景的碳化硅陶瓷体系之一。

5.在先进陶瓷氮化铝陶瓷中的应用

AlN是共价键化合物，熔点较高，热导率高、介电常数低、能耐铁、铝等金属和合金的熔蚀，在特殊气氛中有优异的耐高温性能，是理想的大规模集成电路基板和封装材料。由于AlN是共价键，烧结非常困难，而单一的烧结助剂降低烧成温度的程度有限，故通常使用复合助剂（稀土金属氧化物和诚土金属氧化物）作为烧结助剂以形成液相促进烧结。另外，烧结助剂还可与AlN中的氧杂质反应，减少因部分氧溶入AlN点阵中而造成的铝空位，提高AlN的热导率。