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[摘要]本文在阅读大量的文献之后,首先对稀土元素的情况作了大量的了解,包括稀土行业而在中国与世界的分布情况;然后针对我国稀土高新材料的研究与应用现状做了大致的介绍,最后在这些成就的基础上,指出了我国稀土高新材料未来的发展趋势。
[关键词]稀土材料研究现状发展趋势
中图分类号:TN304.3 文献标识码:TN 文章编号:1009―914X(2013)31―0303―01
前言
稀土元素在化学元素周期表中原子系数从57到71的镧系元素,包括钪和钇等元素,其特殊的组态造成了各个元素间在磁学性能,光学性能以及电学性能有很大的差别,因此能发展主很多不同用途的高新材料,所以稀土有高新材料的“维生素”的美称,由此可以看出稀土在科技产业发展中的重要性。
中国的稀土资源有品种齐全,资源储量大的特点[1],而且地理分布比较合理,中型重型稀土含量较高。到了八十年代中期,我国的稀土年产量已经突破了10000吨,到八十年代末更是达到了历史的最高水平的19679吨,产量已经跃居世界首位,并且以廉价的产品推动了稀土高新产业的发展,加快了世界稀土高新材料的产业化进程。
1.稀土行业现状
1.1 世界稀土资源分布
世界上的稀土资源主要分布在中国、澳大利亚和美国已经其他独联体国家,其中我国的稀土储量居于世界首位,约占全球稀土总量的52%左右。
1.2 我国稀土资源分布情况
我国稀土资源储量大、品种全、中重稀土含量高、地理分布合理,内蒙古包头市白云鄂博矿区是中国也是世界上最大的稀土矿山,在江西,广东南方等省所有的中重稀土矿是我国乃至世界上的稀有品种,另外,在四川省,还有优质的单一型氟碳铈镧稀土矿。广西、台湾和广东等等省还有储量十分丰富的磷钇矿,目前,我国是世界上最大的稀土产品生产国,产量占全球的90%左右。
2.中国稀土高新材料的研究现状[2]
2.1 稀土超导体
目前来看,我国的稀土高温超导材料的研究处于世界上的领先水平[3],并且,在钇系超导体的线材、块材和带材的研究现状、应用技术以及制备工艺方面已经取得了很大的进展,前几年北京有色金属研究总院发明的“混合稀土-钡-铜-氧超导体”这项专利还获得了第23届国际发明展览会金奖。除了上两项研究之外,我国还开展了无限层铜氧化合物ACuO2:(A=碱土金属)高温超导体的研究,并且已经取得了很大的进展,这想研究的基理是利用高压条件,合成(Sr,Nd)CuO2,和(SrL一二Y。)CuO2两个电子型无限层结构超导体,这种探索为高温超导体的认识和发展起了很好的推进作用。
2.2 稀土电子、光子材料
利用稀土材料所特有的光电磁相互作用相互转换的特殊性能,我国在激光、通信和电子等领域应开发除了一条重要的商业路径。早在上个世纪70年代就已经研制出了稀土石榴石单晶薄膜等非晶薄膜,而且还在八十年代中期研制除了我国第一块5英寸磁光光盘薄膜,另外,磁光盘、调制器的研究早已经展开并且取得了一定的进展。
2.3 稀土一贵金属合金
我国系统的开展稀土—贵金属合金的研究是在上个世纪七十年代开始的,在稀土—贵金属合金研发的基础上,开展了新材料诸如Ag一RE、Ag一Cu一RE、Ag一Zr一RE/Cu一Ni一Sn电接触材料、含稀土铂、、钯催化、抗自软化银材和透氢材料、耐高温高强度铂材等的研制与开发工作,并取得了一定的成就,目前对这些材料的研发程度已经到了可以开发的水平。
3.行业发展趋势
随着社会的发展和科技的进步[4-5],稀土材料早已被广泛的应用在电子、冶金、能源、石油化工、机械、轻工、、农业等领域,所以稀土享有“新材料之母”,“现代工业的维生素”等各种美称,是现代高科技产业发展必不可少的“催化剂”。近些年来,随着科技发展步伐的加快,对高新材料[6]的需求越来越高,稀土材料的发展趋势应该包快如下几个方面:
3.1 永磁材料--钕铁硼
世界上目前磁性最强的永磁体莫过于被誉为“永磁之王”的钕铁硼永磁材料,它是由金属钕和镨钕合金制造而成,用钕铁硼永磁材料代替其他磁性材料,可以使器件的重量和体积成倍的降低,所以目前钕铁硼永磁材料的应用极为广泛。主要应用在永磁电动机、核磁共振成像仪、音响扬声器、磁力起重、液体磁化、发电机、磁选机、磁力传动、仪器仪表、、磁疗设备等领域,并且在高科技的发展中,已经成为通讯通信、机械设计与制造、汽车制造个高尖端科技必不可少的主要功能材料。
3.2 稀土在冶金—机械制造中的应用
在冶金工业中,钢中加入微量的稀土元素可以提高钢的韧性、强度、抗腐蚀性以及耐磨性能。在铝镁铜等有色金属合金中加入稀土可以细化合金晶粒,并且使合金的性能显著提高,在电缆方面,稀土加入到铝电缆中,可以提高电缆的导电性,可以提高电缆的强度和耐腐蚀性能。
3.3 稀土在玻璃——陶瓷中的应用
稀土很早就被应用在玻璃和陶瓷工业中,玻璃和陶瓷工业是稀土传统应用领域之一,,在你玻璃工业中,稀土可以作为澄清剂、着色剂、光学玻璃添加剂、脱色剂和抛光粉,因此稀土在玻璃和陶瓷工业中起着其他元素无法替换的作用。
3.4 稀土镍氢动力电池应用
众所周知,在日常生活中,我们用的传统的化学电源,如铅酸电源、镍镉电源等,具有很高的污染性,而且比能低,功率小,储电量少,充电速度慢,并且不高比能、能和其他不同类型的电源混合使用。但是用稀土材料制作而成的,镍氢动力电池却具有高比能、可快速充放电,无污染、功率大、可以和其他电源混合使用而不影响自身寿命和效果等很多优异的特性,在应用的市场具有非常广阔的前景。
3.5 纳米晶稀土合金磁粉
纳米晶稀土合金磁粉,是一种利用国际先进的、拥有自主知识产权的大功率高频电磁振荡雾化速凝制粉新技术和新工艺而建成的高产量的纳米晶稀土合金磁粉生产线。结构晶粒度最大可达几十纳米,并且这种技术可以大幅度降低产品的含氧量,更好的提高产品的磁性能和抗腐蚀性,并能降低不少生产成本,使磁粉具有更高的性价比。
3.6 稀土电热材料
铬酸镧(LaCrO3)是一种新型功能材料,可用作氧化气氛中高温电炉发热体,可以在1500~1800℃高温下长时间使用,电阻变化小于5%,具有良好的抗腐蚀和化学稳定性,易于实现精确控温,1750℃以下使用超过4000小时。主要用于精密陶瓷烧结、高温单晶材料制备、材料高温性能测量、宝石变色处理等方面。在燃料电池、热敏电阻、高温导电涂层及光催化等领域具有很好发展前景。
4.展望
发展我国工业的关键就是稀土的应用与开发,并且,稀土高新材料对科技的发展和社会的进步有着巨大的推动作用,从而是稀土的开发与应用成为科技发展的核心。从长远来看,要使我国的稀土工业健康发展,并保证在全球的长盛不衰的地位,我们就必须在稀土高新材料科技的研究与开发工作中注意结合社会实际状况和国际状况,保障我国稀土工业又好又快又稳的发展。
参考文献
[1] 王奋伟.包头稀土产业发展战略研究[D].大连:大连理工大学,2002:1-4.
[2] 马燕合.我国稀土应用开发现状及其展望[J].材料导报.2000,(14),1.
[3] 白雪.稀土产业可持续发展评价研究[D].秦皇岛:燕山大学,2011:24-34
[4] 杨遇春,汪丽都.稀土应用开发的新趋势[J].有色金属.1997.11
[5] 杨遇春,汪丽都,钱九红. 稀土在中国高新材料研制开发中的应用[J].中国稀土学报.1996.3.
[6] 内蒙古自治区科协.2020年内蒙古科学和技术发展研究[R].2020年中国科学和技术发展研究.
作者简介
闫慧博(1992—— ),男,汉族,河北张家口人,现就读于内蒙古科技大学稀土学院稀土工程专业。
[关键词]稀土材料研究现状发展趋势
中图分类号:TN304.3 文献标识码:TN 文章编号:1009―914X(2013)31―0303―01
前言
稀土元素在化学元素周期表中原子系数从57到71的镧系元素,包括钪和钇等元素,其特殊的组态造成了各个元素间在磁学性能,光学性能以及电学性能有很大的差别,因此能发展主很多不同用途的高新材料,所以稀土有高新材料的“维生素”的美称,由此可以看出稀土在科技产业发展中的重要性。
中国的稀土资源有品种齐全,资源储量大的特点[1],而且地理分布比较合理,中型重型稀土含量较高。到了八十年代中期,我国的稀土年产量已经突破了10000吨,到八十年代末更是达到了历史的最高水平的19679吨,产量已经跃居世界首位,并且以廉价的产品推动了稀土高新产业的发展,加快了世界稀土高新材料的产业化进程。
1.稀土行业现状
1.1 世界稀土资源分布
世界上的稀土资源主要分布在中国、澳大利亚和美国已经其他独联体国家,其中我国的稀土储量居于世界首位,约占全球稀土总量的52%左右。
1.2 我国稀土资源分布情况
我国稀土资源储量大、品种全、中重稀土含量高、地理分布合理,内蒙古包头市白云鄂博矿区是中国也是世界上最大的稀土矿山,在江西,广东南方等省所有的中重稀土矿是我国乃至世界上的稀有品种,另外,在四川省,还有优质的单一型氟碳铈镧稀土矿。广西、台湾和广东等等省还有储量十分丰富的磷钇矿,目前,我国是世界上最大的稀土产品生产国,产量占全球的90%左右。
2.中国稀土高新材料的研究现状[2]
2.1 稀土超导体
目前来看,我国的稀土高温超导材料的研究处于世界上的领先水平[3],并且,在钇系超导体的线材、块材和带材的研究现状、应用技术以及制备工艺方面已经取得了很大的进展,前几年北京有色金属研究总院发明的“混合稀土-钡-铜-氧超导体”这项专利还获得了第23届国际发明展览会金奖。除了上两项研究之外,我国还开展了无限层铜氧化合物ACuO2:(A=碱土金属)高温超导体的研究,并且已经取得了很大的进展,这想研究的基理是利用高压条件,合成(Sr,Nd)CuO2,和(SrL一二Y。)CuO2两个电子型无限层结构超导体,这种探索为高温超导体的认识和发展起了很好的推进作用。
2.2 稀土电子、光子材料
利用稀土材料所特有的光电磁相互作用相互转换的特殊性能,我国在激光、通信和电子等领域应开发除了一条重要的商业路径。早在上个世纪70年代就已经研制出了稀土石榴石单晶薄膜等非晶薄膜,而且还在八十年代中期研制除了我国第一块5英寸磁光光盘薄膜,另外,磁光盘、调制器的研究早已经展开并且取得了一定的进展。
2.3 稀土一贵金属合金
我国系统的开展稀土—贵金属合金的研究是在上个世纪七十年代开始的,在稀土—贵金属合金研发的基础上,开展了新材料诸如Ag一RE、Ag一Cu一RE、Ag一Zr一RE/Cu一Ni一Sn电接触材料、含稀土铂、、钯催化、抗自软化银材和透氢材料、耐高温高强度铂材等的研制与开发工作,并取得了一定的成就,目前对这些材料的研发程度已经到了可以开发的水平。
3.行业发展趋势
随着社会的发展和科技的进步[4-5],稀土材料早已被广泛的应用在电子、冶金、能源、石油化工、机械、轻工、、农业等领域,所以稀土享有“新材料之母”,“现代工业的维生素”等各种美称,是现代高科技产业发展必不可少的“催化剂”。近些年来,随着科技发展步伐的加快,对高新材料[6]的需求越来越高,稀土材料的发展趋势应该包快如下几个方面:
3.1 永磁材料--钕铁硼
世界上目前磁性最强的永磁体莫过于被誉为“永磁之王”的钕铁硼永磁材料,它是由金属钕和镨钕合金制造而成,用钕铁硼永磁材料代替其他磁性材料,可以使器件的重量和体积成倍的降低,所以目前钕铁硼永磁材料的应用极为广泛。主要应用在永磁电动机、核磁共振成像仪、音响扬声器、磁力起重、液体磁化、发电机、磁选机、磁力传动、仪器仪表、、磁疗设备等领域,并且在高科技的发展中,已经成为通讯通信、机械设计与制造、汽车制造个高尖端科技必不可少的主要功能材料。
3.2 稀土在冶金—机械制造中的应用
在冶金工业中,钢中加入微量的稀土元素可以提高钢的韧性、强度、抗腐蚀性以及耐磨性能。在铝镁铜等有色金属合金中加入稀土可以细化合金晶粒,并且使合金的性能显著提高,在电缆方面,稀土加入到铝电缆中,可以提高电缆的导电性,可以提高电缆的强度和耐腐蚀性能。
3.3 稀土在玻璃——陶瓷中的应用
稀土很早就被应用在玻璃和陶瓷工业中,玻璃和陶瓷工业是稀土传统应用领域之一,,在你玻璃工业中,稀土可以作为澄清剂、着色剂、光学玻璃添加剂、脱色剂和抛光粉,因此稀土在玻璃和陶瓷工业中起着其他元素无法替换的作用。
3.4 稀土镍氢动力电池应用
众所周知,在日常生活中,我们用的传统的化学电源,如铅酸电源、镍镉电源等,具有很高的污染性,而且比能低,功率小,储电量少,充电速度慢,并且不高比能、能和其他不同类型的电源混合使用。但是用稀土材料制作而成的,镍氢动力电池却具有高比能、可快速充放电,无污染、功率大、可以和其他电源混合使用而不影响自身寿命和效果等很多优异的特性,在应用的市场具有非常广阔的前景。
3.5 纳米晶稀土合金磁粉
纳米晶稀土合金磁粉,是一种利用国际先进的、拥有自主知识产权的大功率高频电磁振荡雾化速凝制粉新技术和新工艺而建成的高产量的纳米晶稀土合金磁粉生产线。结构晶粒度最大可达几十纳米,并且这种技术可以大幅度降低产品的含氧量,更好的提高产品的磁性能和抗腐蚀性,并能降低不少生产成本,使磁粉具有更高的性价比。
3.6 稀土电热材料
铬酸镧(LaCrO3)是一种新型功能材料,可用作氧化气氛中高温电炉发热体,可以在1500~1800℃高温下长时间使用,电阻变化小于5%,具有良好的抗腐蚀和化学稳定性,易于实现精确控温,1750℃以下使用超过4000小时。主要用于精密陶瓷烧结、高温单晶材料制备、材料高温性能测量、宝石变色处理等方面。在燃料电池、热敏电阻、高温导电涂层及光催化等领域具有很好发展前景。
4.展望
发展我国工业的关键就是稀土的应用与开发,并且,稀土高新材料对科技的发展和社会的进步有着巨大的推动作用,从而是稀土的开发与应用成为科技发展的核心。从长远来看,要使我国的稀土工业健康发展,并保证在全球的长盛不衰的地位,我们就必须在稀土高新材料科技的研究与开发工作中注意结合社会实际状况和国际状况,保障我国稀土工业又好又快又稳的发展。
参考文献
[1] 王奋伟.包头稀土产业发展战略研究[D].大连:大连理工大学,2002:1-4.
[2] 马燕合.我国稀土应用开发现状及其展望[J].材料导报.2000,(14),1.
[3] 白雪.稀土产业可持续发展评价研究[D].秦皇岛:燕山大学,2011:24-34
[4] 杨遇春,汪丽都.稀土应用开发的新趋势[J].有色金属.1997.11
[5] 杨遇春,汪丽都,钱九红. 稀土在中国高新材料研制开发中的应用[J].中国稀土学报.1996.3.
[6] 内蒙古自治区科协.2020年内蒙古科学和技术发展研究[R].2020年中国科学和技术发展研究.
作者简介
闫慧博(1992—— ),男,汉族,河北张家口人,现就读于内蒙古科技大学稀土学院稀土工程专业。