秦明星精細(xì)陶瓷材料與含稀土材料

1、1概述概述精細(xì)陶瓷材料精細(xì)陶瓷材料含稀土材料含稀土材料目錄目錄12321. 概述概述31. 概述概述 精細(xì)陶瓷材料和含稀土材料都屬于精細(xì)化學(xué)品中應(yīng)用相當(dāng)廣泛的兩個(gè)分支，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展中也起到了越來越重要的作用。41. 概述概述 精細(xì)陶瓷材料大致可分為功能陶瓷和工程陶瓷兩大類，兩者各有特性，且都是近些年來研究的熱點(diǎn)課題。工程陶瓷可以應(yīng)用于各種工程零件的制造以及生物骨骼替代等方面，而功能陶瓷則更多地利用了精細(xì)陶瓷材料的電、磁、聲、光、熱、等直接效應(yīng)及其偶合效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)一些特定的功能。51. 概述概述 含稀土材料的應(yīng)用一般是做一些稀土磁性材料、貯氫材料、發(fā)光材料、摻雜合金材料、催化材料等。和精細(xì)陶

2、瓷材料一樣，也是對材料本身所具有的各種物理或者化學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行利用。61. 概述概述 從應(yīng)用領(lǐng)域上來說，精細(xì)陶瓷材料和含稀土材料的應(yīng)用領(lǐng)域都十分廣泛。在機(jī)械加工方面，二者都是機(jī)械材料加工不可或缺的原料，可以生產(chǎn)出多種機(jī)械產(chǎn)品、機(jī)械零部件等。在生活方面、科研方面、航空航天方面、電子通訊方面也都是二者發(fā)揮各自優(yōu)勢的熱點(diǎn)。71. 概述概述 說到傳統(tǒng)陶瓷，我國可以說是當(dāng)仁不讓的第一陶瓷大國。精細(xì)陶瓷是從傳統(tǒng)的陶瓷逐漸演化而來，它大大地拓寬了所謂“陶瓷”的應(yīng)用領(lǐng)域，但是由于技術(shù)等原因，這一領(lǐng)域在我國國內(nèi)發(fā)展的速度一直落后于國際水平。至于含稀土材料，對我國而言，因?yàn)榈锰飒?dú)厚的礦藏量優(yōu)勢，我國的傳統(tǒng)稀土行業(yè)是一

3、個(gè)國際影響力極大的領(lǐng)域，但傳統(tǒng)的稀土領(lǐng)域已經(jīng)很難再有所突破了，新興的稀土新材料領(lǐng)域更有前景，而我國這方面的水平大部分也同樣落后于世界水平。81. 概述概述 總的來說，精細(xì)陶瓷和含稀土材料都在告訴我們，創(chuàng)新和發(fā)展才能使科技進(jìn)步成為可能。只要充分挖掘，舊的東西也能起到很多新的作用。91. 概述概述 兩者結(jié)合的領(lǐng)域：稀土可以應(yīng)用到精細(xì)陶瓷材料之中。稀土精細(xì)陶瓷材料最為常用的稀土氧化物主要是氧化釔、氧化鈰應(yīng)用最為普遍,使用量也較大,稀土氧化物在精細(xì)陶瓷材料中主要起到穩(wěn)定劑、燒結(jié)助劑的作用。利用稀土元素開發(fā)的各種新型功能陶瓷材料,也在半導(dǎo)體材料、微波介質(zhì)材料、磁性材料等發(fā)揮了重要作用。102. 精細(xì)陶瓷

4、精細(xì)陶瓷材料材料112. 精細(xì)陶瓷材料精細(xì)陶瓷材料精細(xì)精細(xì)陶瓷陶瓷材料材料2345工程陶瓷工程陶瓷概述概述現(xiàn)狀及展望現(xiàn)狀及展望新型陶瓷新型陶瓷功能陶瓷功能陶瓷122.1 概述概述精細(xì)陶瓷這一術(shù)語來源于日本的“”，美國用“High technology ceramics”、“Advanced ceramics”、“New ceramics”新型陶瓷這一名稱?，F(xiàn)在對于精細(xì)陶瓷(也稱先進(jìn)陶瓷、高技術(shù)、高性能陶瓷)還沒有統(tǒng)一的定義，但普遍認(rèn)為是：(熱學(xué)、電子、磁性、光學(xué)、化學(xué)、機(jī)械等)精細(xì)陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)具有顯著的特征，晶相、玻璃相、氣孔三項(xiàng)共存，均勻分布。132.1.1 傳統(tǒng)陶瓷與精細(xì)陶瓷的區(qū)別傳統(tǒng)陶

5、瓷與精細(xì)陶瓷的區(qū)別在上，突破了傳統(tǒng)陶瓷以黏土為主要原料的界限，精細(xì)陶瓷一般采用精選、提純的氧化物、硅化物、氮化物、硼化物等作為主要原料。在上由于傳統(tǒng)陶瓷的組成由黏土的成分決定，原料對產(chǎn)品的組成與結(jié)構(gòu)影響很大；精細(xì)陶瓷的原料是純化合物，其性質(zhì)的優(yōu)劣由原料的純度和工藝所決定、因此產(chǎn)品的組成與結(jié)構(gòu)同產(chǎn)地?zé)o關(guān)。142.1.1 傳統(tǒng)陶瓷與精細(xì)陶瓷的區(qū)別傳統(tǒng)陶瓷與精細(xì)陶瓷的區(qū)別在上，傳統(tǒng)陶瓷以窯爐為主要制備手段，而隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，真空燒結(jié)、氣氛燒結(jié)、熱壓、熱等靜壓等現(xiàn)代材料制備方法都已應(yīng)用于精細(xì)陶瓷的制備中。在上，精細(xì)陶瓷具有多種特殊的性質(zhì)與功能，如高強(qiáng)度、高硬度，耐磨耐蝕，以及在磁、電、熱、聲光、生

6、物工程等方面的特殊功能，因而使其在高溫、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、航天、醫(yī)學(xué)工程各方面得到廣泛的應(yīng)用。152.1.1 傳統(tǒng)陶瓷與精細(xì)陶瓷的區(qū)別傳統(tǒng)陶瓷與精細(xì)陶瓷的區(qū)別傳統(tǒng)陶瓷是從自然界獲得的天然原料硅酸鹽礦采用窯爐法生產(chǎn)進(jìn)行簡單的加工燒制而成的。主要應(yīng)用于日常生活和建筑行業(yè)的陶瓷制品，它們主要是硅酸鹽類非金屬材料。很明顯，精細(xì)陶瓷與傳統(tǒng)陶瓷的不同點(diǎn)不僅僅在于上，二者的主要區(qū)別還在于不同、不同、不同。162.1.2 精細(xì)陶瓷的分類與用途精細(xì)陶瓷的分類與用途氧化物陶瓷氧化物陶瓷氧化鋁氧化鋁(A12O3)，氧化硅，氧化硅(SiO2)，氧化鎂，氧化鎂(MgO)，氧化，氧化鐵鐵(Fe2O3)，鈦酸鋇基，鈦酸鋇

7、基(BaTiO3)，氧化錫，氧化錫(SnO2)等等非氧化物陶非氧化物陶瓷瓷碳化物碳化物碳化硅碳化硅(SiC)，碳化鈦，碳化鈦(TiC)，碳化硼，碳化硼(B4C)，碳化鎢，碳化鎢(WC)等等氮化物氮化物氮化硅氮化硅(SiN)，氮化鋁，氮化鋁(AlN)，氮化鈦，氮化鈦(TiN)，氮化硼，氮化硼(BN)等等硼化物硼化物硼化鈦硼化鈦(TiB2)，硼化鋯，硼化鋯(ZrB2)，硼化鑭，硼化鑭(LaB6)等等硫化物硫化物硫化鋅硫化鋅(ZnS)，硫化鈦，硫化鈦(TiS)，硫化鉬，硫化鉬(MoS2)等等硅化物硅化物硅化鉬硅化鉬(MoSi2)等等172.1.2 精細(xì)陶瓷的分類與用途精細(xì)陶瓷的分類與用途工程陶瓷：應(yīng)

8、用于機(jī)械切削和設(shè)備制造、空間技術(shù)、生物工程、電子工程及其他多種工業(yè)領(lǐng)域的陶瓷材料。這些陶瓷材料主要是氧化物、氮化物、碳化物、硼化物等非金屬材料。182.1.2 精細(xì)陶瓷的分類與用途精細(xì)陶瓷的分類與用途功能陶瓷：功能陶瓷的特點(diǎn)是品種多、產(chǎn)量大、價(jià)格低、應(yīng)用廣、功能全、技術(shù)高、更新快。192.1.3 精細(xì)陶瓷的加工技術(shù)精細(xì)陶瓷的加工技術(shù)精細(xì)陶瓷的制造工藝可以分為以下幾個(gè)步驟：精細(xì)陶瓷的脆性差，耐沖擊強(qiáng)度低，所以加工性能較差，加工難度大。要嚴(yán)格控制原料粉末的純度、雜質(zhì)成分和含量原料粉末的粒度應(yīng)根據(jù)對產(chǎn)品性能的要求優(yōu)化原料的配方，優(yōu)化工藝條件，嚴(yán)格控制工藝規(guī)程十分必要202.1.3 精細(xì)陶瓷的加工技術(shù)

9、精細(xì)陶瓷的加工技術(shù) 212.2 工程陶瓷工程陶瓷2.2.2 碳化硅2.2.3 塞隆2.2.1 氮化硅222.2.1 氮化硅氮化硅特點(diǎn)：因其極耐高溫而具有優(yōu)良的耐沖擊性能，并且它還是一種很好的絕緣材料。例如可用作燃?xì)廨啓C(jī)的耐腐蝕渦輪葉片、燃燒器和汽缸蓋、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞環(huán)和密封件、核聚變的屏蔽材料和熱交換器等。232.2.2 碳碳化硅化硅特點(diǎn)：密度小、耐高溫，硬度高、高強(qiáng)度，耐腐蝕性熱導(dǎo)率較高，導(dǎo)熱性能良好是高溫、腐蝕等惡劣工礦條件下優(yōu)良的候選材料適用于高溫條件下作熱交換的材料它與氮化硅被列為制造燃?xì)廨啓C(jī)葉片最適合的材料。例如，用于制造耐磨蝕、耐磨的機(jī)械部件、高溫燃?xì)廨啓C(jī)部件和火箭噴嘴的覆蓋層等

10、。242.2.3 塞隆塞隆Sialon的音譯名為塞隆，它是Si3N4-Al2O3-AlN系列化合物的總稱，可以表示為Si6-zAlzOzN8-z，即為“Silicon Aluminum Oxynitride”，字頭縮寫為“Sialon”。特點(diǎn)：可作發(fā)動(dòng)機(jī)部件汽車內(nèi)燃機(jī)挺桿等熱機(jī)材料，可以作切削工具。也可以用于分流環(huán)、熱電偶保護(hù)套、坩堝、大功率高壓鈉光燈管和人工關(guān)節(jié)等。252.3 功能陶瓷功能陶瓷 功能陶瓷主要指利用陶瓷特有的物理性質(zhì)(非力學(xué)性質(zhì))和對力、熱、光、磁、電、聲等的敏感性制成的具有一定應(yīng)用功能的材料，或?qū)ι矬w起到特定功能以及核性能的材料?？梢哉f功能陶瓷是高技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)。262.3

11、 功能陶瓷功能陶瓷 功能陶瓷按其顯示功能的過程可分為和。一次功能材料是指當(dāng)向材料輸入的能量和材料輸出的能量屬于同種形式時(shí)，材料起能量傳送部件的作用，也可以稱之為載體材料。二次功能材料是指當(dāng)向材料輸人的能量和材料輸出的能量屬于不同形式時(shí)，材料起能量轉(zhuǎn)換部件的作用。272.3 功能陶瓷功能陶瓷 電子陶瓷：不同種類的電子陶瓷對力、熱、光、磁、電、濕度等物理化學(xué)性質(zhì)的環(huán)境變化而產(chǎn)生不同的特性反應(yīng)，主要包括壓電陶瓷、介電陶瓷、半導(dǎo)體陶瓷、磁性陶瓷、鐵電陶瓷等。光學(xué)陶瓷：具有光學(xué)功能的陶瓷稱為光學(xué)陶瓷，光學(xué)陶瓷具有等性能。282.3 功能陶瓷功能陶瓷 生物陶瓷：生物陶瓷是具有特殊生理行為的陶瓷材料，可以用

12、來，甚至可望部分或整體地修復(fù)或替換人體的某種組織和器官，或增進(jìn)其功能。這類陶瓷的硬度和強(qiáng)度高，耐磨、耐疲勞，并且對生物組織有。292.4 新型陶瓷新型陶瓷 啊302.4 新型陶瓷新型陶瓷1986年IBM公司報(bào)道發(fā)現(xiàn)了Ba-La-Cu-O鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的復(fù)合氧化物具有高溫超導(dǎo)性后，超導(dǎo)材料的研究就成為材料和化學(xué)界研究的重點(diǎn)之一，并且發(fā)現(xiàn)制備出一系列的高溫超導(dǎo)陶瓷材料。312.4 新型陶瓷新型陶瓷納米陶瓷是由納米級別顯微結(jié)構(gòu)組成。其中包括等都只限于納米量級的水平。納米陶瓷是將納米級陶瓷顆粒、晶須、纖維等引入陶瓷母體，以改善陶瓷的性能而制造的復(fù)合型材料，其提高了母體材料的室溫力學(xué)性能，改善了高溫性能，并

13、且此材料具有可切削加工和超塑性。322.5 現(xiàn)狀及展望現(xiàn)狀及展望 332.5.1 國外現(xiàn)狀國外現(xiàn)狀和在精細(xì)陶瓷材料的研制與應(yīng)用領(lǐng)域居于領(lǐng)先地位，其次是。342.5.1 國外現(xiàn)狀國外現(xiàn)狀美國國家航空和宇航局（NASA）在結(jié)構(gòu)陶瓷的開發(fā)和加工技術(shù)方面正實(shí)施大規(guī)模的研究與發(fā)展計(jì)劃，重點(diǎn)對航空發(fā)動(dòng)機(jī)、民用熱機(jī)中的關(guān)鍵閉環(huán)實(shí)現(xiàn)陶瓷替代，同時(shí)對納米陶瓷涂層、生物醫(yī)學(xué)陶瓷和光電陶瓷的研究、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)行資助。352.5.1 國外現(xiàn)狀國外現(xiàn)狀美國的“脆性材料設(shè)計(jì)”等10大計(jì)劃 ；美國聯(lián)邦計(jì)劃“先進(jìn)材料與材料設(shè)備”中每年用于材料研究與工程費(fèi)高達(dá)20億25億美元，以提高其國際上的競爭力。此外美國在2011年6月又開展

14、了“材料基因組計(jì)劃”，通過“材料基因組計(jì)劃”來滿足新興制造業(yè)對精細(xì)陶瓷等高性能新材料的需求，重點(diǎn)開發(fā)輕質(zhì)保護(hù)材料、電子材料、儲(chǔ)能材料、生物替代材料、稀土關(guān)鍵材料等，以期實(shí)現(xiàn)提出的“再工業(yè)化”戰(zhàn)略。362.5.1 國外現(xiàn)狀國外現(xiàn)狀日本先進(jìn)陶瓷以其先進(jìn)的制造設(shè)備，優(yōu)良的產(chǎn)品穩(wěn)定性逐步成為國際市場的引導(dǎo)者，特別是功能陶瓷領(lǐng)域包括熱敏、壓敏、磁敏、氣敏、光敏等逐步壟斷國際市場。日本比較著名的有日本通產(chǎn)省精細(xì)陶瓷研究與開發(fā)的“陽光計(jì)劃”、“通用技術(shù)計(jì)劃”、300kW陶瓷燃?xì)廨啓C(jī)研制計(jì)劃等。372.5.1 國外現(xiàn)狀國外現(xiàn)狀歐盟各國，特別是德國、法國在結(jié)構(gòu)陶瓷領(lǐng)域進(jìn)行了重點(diǎn)研究，主要集中在發(fā)電裝備、新能源材

15、料和發(fā)動(dòng)機(jī)中的陶瓷器件等領(lǐng)域。歐盟包括德、法、英等國家也采取了一些發(fā)展新材料的相應(yīng)措施，如“尤里卡計(jì)劃”等。382.5.1 國外現(xiàn)狀國外現(xiàn)狀美國陶瓷工業(yè)部門的統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示，美國、日本、歐盟的先進(jìn)陶瓷市場年平均增長率為 12%，其中歐盟先進(jìn)陶瓷市場總值年平均增長率達(dá) 15%18%；美國先進(jìn)陶瓷市場總值年平均增長率9.9%；日本精細(xì)陶瓷協(xié)會(huì)對日本先進(jìn)陶瓷市場進(jìn)行了預(yù)測，其年平均增長率為7.2%。392.5.2 國內(nèi)現(xiàn)狀國內(nèi)現(xiàn)狀我國國內(nèi)20世紀(jì)80年代到90年代初，許多現(xiàn)代陶瓷理論和工藝在精細(xì)陶瓷的制備中得到應(yīng)用。利用和金屬材料的相變理論、仿生學(xué)等學(xué)科的交叉使得材料的性能得到了大幅的提高。研制的纖維

16、補(bǔ)強(qiáng)復(fù)相陶瓷，陶瓷基復(fù)合材料的韌性得到較大提高，通過仿生學(xué)在精細(xì)陶瓷制備工藝中得到應(yīng)用，層狀材料得到較大發(fā)展。聚合物裂解轉(zhuǎn)化、化學(xué)氣相沉積、溶膠工藝的采用，使得特種纖維的制造、連續(xù)纖維復(fù)合材料制備技術(shù)快速發(fā)展。納米技術(shù)在陶瓷中的應(yīng)用使材料性能發(fā)生根本性變化，使某些陶瓷具有超塑性或使陶瓷的燒結(jié)溫度大大降低。402.5.2 國內(nèi)現(xiàn)狀國內(nèi)現(xiàn)狀進(jìn)入21世紀(jì)，精細(xì)陶瓷材料的研究得到了國家和各科研院所的高度重視。從19952015年我國精細(xì)陶瓷材料產(chǎn)值可以看出，我國先進(jìn)陶瓷產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展期。412.5.2 國內(nèi)現(xiàn)狀國內(nèi)現(xiàn)狀精密小尺寸產(chǎn)品、大尺寸陶瓷器件的成型、燒結(jié)技術(shù)、低成本規(guī)模化制備技術(shù)，陶瓷加工系

17、統(tǒng)等領(lǐng)域不斷打破國外壟斷和技術(shù)封鎖。例如凝膠注模工藝生產(chǎn)的大尺寸熔融石英陶瓷方坩堝打破了美國賽瑞丹、日本東芝和法國維蘇威 3大公司的技術(shù)壟斷，在 2007年率先實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，通過近幾年的不斷發(fā)展，已經(jīng)形成1101100mm系列產(chǎn)品，產(chǎn)能居于全球第1位。但是，國內(nèi)精細(xì)陶瓷材料總體水平與美國、日本和德國相比還存在一定的差距。422.5.2 國內(nèi)現(xiàn)狀國內(nèi)現(xiàn)狀世界上開發(fā)了200多種陶瓷材料及2000多種應(yīng)用產(chǎn)品。雖然我國同樣能制備出性能良好的陶瓷材料，但絕大部分仍停留在實(shí)驗(yàn)室樣品上，有的產(chǎn)品由于成本高及可靠性等問題，市場還不能接受，所以產(chǎn)品的銷售額與發(fā)達(dá)國家相比相差甚遠(yuǎn)。432.5.2 國內(nèi)現(xiàn)狀國內(nèi)現(xiàn)狀

18、我國對陶瓷粉料的制備仍未引起足夠的重視，多種陶瓷粉料尚無專業(yè)化生產(chǎn)企業(yè)，許多企業(yè)不得不“自產(chǎn)自銷”。例如 ：高純氧化鋁粉，日本企業(yè) 99.99%氧化鋁粉燒結(jié)溫度只需1300，而國內(nèi)需要到1600以上 ；高純氮化硅粉仍受到日本UBE和德國H. C. Stark的限制，國內(nèi)企業(yè)在粉料質(zhì)量上仍存在較大的波動(dòng)。同時(shí)，粉體的高效分散技術(shù)也存在較大差距。442.5.2 國內(nèi)現(xiàn)狀國內(nèi)現(xiàn)狀雖然我國引進(jìn)了國外先進(jìn)的工藝裝備，像氣壓燒結(jié)爐、熱等靜壓、注射成型機(jī)、流延機(jī)等來提高我國的技術(shù)裝備水平，但因投資大，在經(jīng)濟(jì)上給企業(yè)造成了很大壓力，從而限制了先進(jìn)陶瓷的發(fā)展。而國內(nèi)仿制設(shè)備因加工水平差距，可靠性和穩(wěn)定性暫時(shí)無法

19、與國外產(chǎn)品相比。452.5.3 最新技術(shù)最新技術(shù)等靜壓成型：等靜壓成型是最常見的瘠性料先進(jìn)陶瓷成型工藝，通過將粉體放入柔性模具或包套中，通過對其施加各項(xiàng)均勻的壓力成型，是目前國內(nèi)應(yīng)用最為廣泛、最為成熟的工藝。462.5.3 最新技術(shù)最新技術(shù)流延成型：流延成型原理是粘度適合、分散性良好的料漿通過流延機(jī)漿料槽道口流到基帶上，通過基帶和刮刀的相對運(yùn)動(dòng)使料漿鋪展，在表面張力作用下形成有光滑表面的坯體。坯體具有良好的韌性和強(qiáng)度，可以制備幾個(gè)微米到 1mm厚的陶瓷薄片材料，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用到電容器瓷片、Al2O3基片和壓電陶瓷膜片中。472.5.3 最新技術(shù)最新技術(shù)注射成型：注射成型是將高分子聚合物注射成

20、型方法與陶瓷制備工藝相結(jié)合發(fā)展起來的一種制備陶瓷零部件的新工藝。近幾年在國內(nèi)發(fā)展勢頭迅猛，在小尺寸、高精度、復(fù)雜形狀陶瓷的大批量生產(chǎn)方面最具優(yōu)勢。482.5.3 最新技術(shù)最新技術(shù)凝膠注模成型：借助料漿中有機(jī)單體聚合交聯(lián)將陶瓷料漿固化成型，可制備出大尺寸薄壁陶瓷或形狀復(fù)雜的產(chǎn)品。其特點(diǎn)是近凈尺寸成型、有機(jī)物含量少，坯體強(qiáng)度高可進(jìn)行機(jī)械加工，適合大規(guī)模批量化生產(chǎn)。目前國內(nèi)注凝成型應(yīng)用最成熟的產(chǎn)品為大尺寸熔融石英坩堝、薄片Al2O3基片、二氧化鋯陶瓷微珠等產(chǎn)品。492.5.3 最新技術(shù)最新技術(shù)無模成型：陶瓷無模成型是直接利用CAD設(shè)計(jì)結(jié)果，通過計(jì)算形成可執(zhí)行的像素單元文件，然后通過類似計(jì)算機(jī)打印輸出

21、設(shè)備將要成型的陶瓷粉體快速形成實(shí)際像素單元（尺寸可小至微米級），一個(gè)一個(gè)單元疊加的結(jié)果即可直接成型所需要的三維立體構(gòu)件。502.5.4 展望展望精細(xì)陶瓷產(chǎn)業(yè)將圍繞開展系統(tǒng)研究，在集成電路、航空航天、國防裝備、污水處理及高端制造等，上述領(lǐng)域中精細(xì)陶瓷，我國高端制造裝備中廣泛使用的高精、超純、精細(xì)結(jié)構(gòu)等。512.5.4 展望展望在“十三五”期間，重點(diǎn)突破集成電路用陶瓷基板材料制備技術(shù)和裝備，并形成一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模；重點(diǎn)突破導(dǎo)彈裝備用透明陶瓷材料的制備技術(shù)，重點(diǎn)研發(fā)適合苛刻環(huán)境應(yīng)用的高性能陶瓷納濾膜材料和3D打印用陶瓷材料及成形技術(shù)，重點(diǎn)提升航空航天用陶瓷基隔熱材料及超高溫柔性組合隔熱材料批量化生產(chǎn)的

22、穩(wěn)定性及相關(guān)材料的測試水平。522.5.4 展望展望生產(chǎn)制備技術(shù)、生產(chǎn)裝備的精密制造技術(shù)、陶瓷精密加工技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化是精細(xì)陶瓷的發(fā)展趨勢之一，行業(yè)總體發(fā)展趨勢是向著和的方向發(fā)展。533. 含稀土含稀土材料材料543. 含稀土材料含稀土材料 553.1 概述概述12563.1.1 稀土簡介稀土簡介稀土(Rare Earth)，是化學(xué)周期表中鑭系元素和鈧、釔共十七種金屬元素的總稱。自然界中有250種稀土礦。稀土就是化學(xué)元素周期表中鑭系元素：以及與鑭系的15個(gè)元素密切相關(guān)的元素和共17種元素，稱為稀土元素。573.1.1 稀土簡介稀土簡介最早發(fā)現(xiàn)稀土的是芬蘭化學(xué)家加多林(Oohn Gadolin)。于

23、1794年從一塊形似瀝青的重質(zhì)礦石中分離出第一種稀土“元素”(釔土，即Y2O3)，因?yàn)?8世紀(jì)發(fā)現(xiàn)的稀土礦物較少，當(dāng)時(shí)只能用化學(xué)法制得少量不溶于水的氧化物，歷史上習(xí) 慣 地 把 這 種 氧 化 物 稱 之 為“土”，因而得名稀土。583.1.2 稀土的性質(zhì)稀土的性質(zhì)稀土元素之所以能應(yīng)用到廣泛的領(lǐng)域中，是由它們具有的特殊的電子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)所決定的。稀土元素在化學(xué)周期表中的位置是B族，它們的最外兩層電子結(jié)構(gòu)相似，與其他的元素相化合時(shí)通常失去兩個(gè)s電子和一個(gè)d電子，所以正常的化學(xué)價(jià)是三價(jià)。另外，15個(gè)鑭系元素的原子半徑隨著原子序數(shù)的增加不但沒有增大反而縮小?！拌|系收縮”的這一特性決定了它們具有特殊的性

24、質(zhì)。593.1.2 稀土的性質(zhì)稀土的性質(zhì)一般情況下，稀土元素有著與鐵或銀相似的光澤。除鈧、鈰、釤、銪、鐿外，其他的稀土元素都是。除個(gè)別元素(如鑭、銪、鐿)外，稀土元素的都隨著原子序數(shù)的增加而增加。603.1.2 稀土的性質(zhì)稀土的性質(zhì)稀土金屬的電阻系數(shù)，比鋁高25倍到50倍，比銅大40倍到70倍。鑭在熱力學(xué)溫度4.7K時(shí)，出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。稀土金屬(除鑭、镥是反磁性物質(zhì)外)都具有順磁性的。具有很高的磁化率，而釓、鏑和鈥具有鐵磁性。稀土的這些物理特性，為擴(kuò)大稀土的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。613.1.2 稀土的性質(zhì)稀土的性質(zhì)稀土元素都是典型的活潑金屬?；顫娦詢H次于堿金屬和堿土金屬。例如，稀土金屬和冷水作用比較緩

25、慢，但和熱水作用相當(dāng)劇烈可以放出氧氣。同時(shí)，稀土金屬很容易溶解在酸中生成相應(yīng)的鹽類，而不和堿作用。623.2 稀土材料稀土材料63 3.2.1 稀土磁性材料稀土磁性材料稀土磁性材料包括稀土永磁材料、磁致伸縮材料、磁致冷材料、磁光存貯材料與稀土巨磁阻材料等。其中稀土永磁材料是稀土磁性材料中研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的重點(diǎn)。應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)大傳統(tǒng)的永磁材料性能不斷提高。人們重視研究磁和電、光、熱、機(jī)械力等的相互作用，研究開發(fā)新磁性功能。新一代稀土永磁材料將會(huì)越來越得到人們的關(guān)注。 64 3.2.1 稀土磁性材料稀土磁性材料用稀土制成磁片治病的方法，叫做“磁穴療法”，簡稱磁療。該療法簡單，不打針、不吃藥。磁穴

26、療法中所用的磁鐵，如果要求大于800高斯時(shí)，則一定要使用稀土鈷永磁合金。65 3.2.1 稀土磁性材料稀土磁性材料釹鐵硼磁體的一個(gè)新應(yīng)用領(lǐng)域磁浮列車，目前最好的釹鐵硼體己能讓車輛飄浮1cm的高度。由稀土永磁體制造的稀土永磁磁化節(jié)油器，具有易起動(dòng)、爬坡可不換檔或少換檔、低速運(yùn)行時(shí)不熄火等優(yōu)點(diǎn)。據(jù)測定，使用該節(jié)油器節(jié)油率達(dá)10%以上，提高動(dòng)力3%，有害氣體排放減少30%，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，頗受用戶歡迎。663.2.2 稀土貯氫材料稀土貯氫材料貯氫材料，即在一定條件下能大量可逆地吸放氫的材料。貯氫材料貯運(yùn)氫氣，同時(shí)在吸放氫氣時(shí)產(chǎn)生的反應(yīng)熱和氫氣壓力等都渴望得到應(yīng)用。因此從20世紀(jì)80年代起貯氫材料

27、作為一種新型功能材料得到迅速的發(fā)展。稀土貯氫材料則是眾多貯氫材料中的一種。一般為含有稀土金屬元素的合金或金屬間化合物。由于稀土貯氫合金的優(yōu)點(diǎn)是：673.2.2 稀土貯氫材料稀土貯氫材料目前貯氫材料的制備方法有合金熔煉法、化學(xué)合成法、物理氣相沉積法。貯氫金屬材料及氫化物工程是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的新興科技領(lǐng)域，既是能源材料又是功能材料，應(yīng)用廣泛。迄今已開發(fā)的四大系列鈦系、鋯系、鎂系和稀土系貯氫材料中，稀土系貯氫材料性能最佳，應(yīng)用也最廣泛。683.2.3 稀土發(fā)光材料稀土發(fā)光材料稀土的發(fā)光是由于稀土的電子在不同能級之間的躍遷而產(chǎn)生的。當(dāng)稀土離子吸收光子或X射線等能量以后，4f電子可以從能量低的

28、能級躍遷至能量高的能級，由于很多稀土離子具有豐富的能級和它們的4f電子的躍遷特性，使稀土成為一個(gè)巨大的發(fā)光寶庫，為高新技術(shù)提供了很多性能優(yōu)越的發(fā)光材料。693.3 稀土合金的應(yīng)用稀土合金的應(yīng)用我國稀土合金產(chǎn)品是稀土類產(chǎn)品中的主要產(chǎn)品之一。它是由一種稀土金屬或其他金屬與非金屬元素結(jié)合而成的，并可制成兩元或多元的稀土合金產(chǎn)品。由于這種稀土合金具有獨(dú)特的性質(zhì)，在各個(gè)工業(yè)部門中有著廣泛的用途，需求量激增。703.3 稀土合金的應(yīng)用稀土合金的應(yīng)用我國是世界稀土資源最多的國家，可作為稀土合金生產(chǎn)的原料品種多、質(zhì)量好。這為我國大力發(fā)展稀土合金的生產(chǎn)，奠定了可靠的物質(zhì)基礎(chǔ)。我國稀土合金品種多，在各工業(yè)部門及新

29、技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，并在各個(gè)部門的應(yīng)用中獲得了很多的應(yīng)用技術(shù)成果，取得了滿意的經(jīng)濟(jì)效益。713.3 稀土合金的應(yīng)用稀土合金的應(yīng)用12345Cycle name723.3.1 稀土合金在鋼中作為重要的添加劑稀土合金在鋼中作為重要的添加劑20世紀(jì)60年代中期，稀土硅鐵合金(RESiFe)開始用作鋼的添加劑，并在20世紀(jì)80年代前已獲成熟的工業(yè)化應(yīng)用。因RESiFe中的RE在對鋼液的硫和氧有凈化作用，故可使鋼的性能提高。733.3.1 稀土合金在鋼中作為重要的添加劑稀土合金在鋼中作為重要的添加劑錳鈦銅稀土鋼，由于加入了0.15%(REO計(jì))的RESiFe，提高了鋼的低溫沖擊韌性。16錳鋼稀土鋼

30、，由于加入了0.1%(REO)的RESiFe，降低了硫的偏析，改善了硫化物的形狀及分布，使鋼的合格率從50%增加到90%。14錳釩鈦銅稀土鋼加入0.2%的RFSiFe后，改善了鋼材的各向異性，提高了低溫沖擊韌性。743.3.2 稀土合金在鑄鐵中作為主要的球化劑稀土合金在鑄鐵中作為主要的球化劑RESiFe合金除在鋼中作為添加劑外，還可作為鑄鐵的球化劑、氧化劑和孕育劑，但主要是用于鑄鐵的球化劑。在鑄鐵中RESiFe能將鑄鐵組織的片狀變?yōu)榍驙?，從而改善鑄鐵的鑄造性和提高機(jī)械性，有利于鑄鐵更廣泛的應(yīng)用。稀土鑄鐵主要用于冶金行業(yè)的軋輥和鋼錠模；汽車及拖拉機(jī)行業(yè)的曲軸、氣缸體及變速箱；機(jī)械行業(yè)的各種齒輪、

31、凸輪軸和各種機(jī)座；建筑行業(yè)的各種口徑的輸送水、蒸汽的管線和暖氣片。753.3.3 稀土合金在有色金屬中作為主要的組分稀土合金在有色金屬中作為主要的組分目前，稀土鋁(REAl)用作鋁電纜、電線中其導(dǎo)電率已達(dá)國際標(biāo)準(zhǔn)要求，而抗拉強(qiáng)度、耐溫和耐腐蝕性等均可達(dá)到應(yīng)用要求。這種稀上鋁導(dǎo)線用于高壓輸電線路，具有抗拉強(qiáng)度高，弧垂性及彎曲性好和壽命長等優(yōu)點(diǎn)。這種優(yōu)良的稀土鋁輸電電纜不但可滿足國內(nèi)的需要，而且可大量出口，在國內(nèi)外均可取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。763.3.4 稀土合金在軍事工業(yè)中的應(yīng)用稀土合金在軍事工業(yè)中的應(yīng)用目前，精稀土合金如釹鎂合金(NdMg)，釔鎂合金(YMg)和發(fā)火合金(REFe)等在國防工業(yè)中

32、獲得了較好的應(yīng)用，且不斷發(fā)展。發(fā)火合金是以含鈰(Ce40%)為基的混合稀土金屬與鐵制成的，其組成為RE 75%80%，F(xiàn)e 15%18%，及少量的Mg、Zn和Cu等。因含鈰量高使發(fā)火性能較好。其民用中作為打火機(jī)的火石、發(fā)火玩具和火炬點(diǎn)火器等；在軍工武器中用于制造子彈和炮彈的引信器等。773.3.4 稀土合金在軍事工業(yè)中的應(yīng)用稀土合金在軍事工業(yè)中的應(yīng)用在鑄造和變形鎂合金中加入金屬釹制成釹鎂合金(NdMg)，及加入金屬釔制成釔鎂合金(YMg)，它們均具有顯著地提高強(qiáng)度和工藝性能，并已在我國的導(dǎo)彈與人造衛(wèi)星上使用。此外，我國的鑄造NdMg及YMg合金具有鑄造性能好，高溫機(jī)械性能高(如在200下的延伸

33、率達(dá)18%，抗拉強(qiáng)度為15kg/mm2)；鑄件較輕(重量降低50%)，合格率提高20%，工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)。因此，鑄造NdMg及YMg合金可用于飛機(jī)的結(jié)構(gòu)材料和飛行器件等，在軍事工業(yè)中發(fā)揮巨大的作用。783.3.5 稀土合金在其他部門的應(yīng)用稀土合金在其他部門的應(yīng)用近年來，我國的熱管合金(REZnAlMg)已投入工業(yè)化生產(chǎn)，并獲得廣泛應(yīng)用。為防止鋼材腐蝕，常用熱鍍ZnAl合金，較鍍鋅合金更具有優(yōu)良的加工成形性，但Zn耗較高，且耐腐蝕性尚差。改用REZnAlMg熱鍍合金后，其流動(dòng)性、耐蝕性、鍍層的形成性能均優(yōu)于鋅鍍層和ZnAl鍍層。此外，REZnAlMg合金熱鍍層的均勻度提高26%39%，鍍層厚度減少

34、31.4%，從而降低鋅的消耗量。目前這種鋼材的新熱鍍層在國內(nèi)外發(fā)展很快，且技術(shù)效果極佳。793.4 稀土的催化稀土的催化12345803.4.1 石油化工催化石油化工催化石油工業(yè)是現(xiàn)代社會(huì)的支柱性產(chǎn)業(yè)。在我國，稀土消耗量的30%用于石油化工，它是繼冶金工業(yè)之后稀土產(chǎn)品的第二大用戶。其中最重要的應(yīng)用就是用來制造各種催化劑。石油煉制中使用稀土催化劑，可使原油轉(zhuǎn)化率由35%40%提高到70%80%，而且還可以將煉油成本降低20%。813.4.2 稀土氫化催化稀土氫化催化烯烴的催化氫化：催化氫化根據(jù)反應(yīng)體系的特點(diǎn)可分為非均相催化氫化和均相催化氫化，均相催化氫化中均相催化劑呈絡(luò)合分子狀溶解于反應(yīng)介質(zhì)中，

35、對被還原基團(tuán)有較好的選擇性，反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)速度快，副反應(yīng)比較少。稀土金屬有機(jī)氫化物的催化活性與稀土元素的選擇，選用配體的種類與結(jié)構(gòu)，以及被還原的反應(yīng)底物，所選用的溶劑等多種因素有關(guān)系。823.4.2 稀土氫化催化稀土氫化催化烯烴的硅氫化：人們對稀土有機(jī)氫化物對烯烴硅氫化作用的催化性能的研究表明，烯烴插入到LuH健，接著SiH發(fā)生轉(zhuǎn)移，這與稀土有機(jī)氫化物催化烯烴成烷烴的反應(yīng)過程相類似。反應(yīng)方程式如下：833.4.2 稀土氫化催化稀土氫化催化亞胺的氫化：亞胺氫化后得到相應(yīng)的胺，無環(huán)亞胺的反應(yīng)速度比環(huán)狀亞胺的反應(yīng)速度快，當(dāng)亞胺上帶有N-芳基或N-SiMe3取代基時(shí)反應(yīng)的速度會(huì)降低。同時(shí)發(fā)現(xiàn)高溫和

36、高壓有利于稀土有機(jī)氫化物對亞胺的催化氫化反應(yīng)：843.4.3 稀土金屬有機(jī)配合物的催化稀土金屬有機(jī)配合物的催化對羰基的活化：853.4.3 稀土金屬有機(jī)配合物的催化稀土金屬有機(jī)配合物的催化對飽和碳?xì)滏I的活化：863.4.4 稀土催化劑催化聚合稀土催化劑催化聚合小分子稀土催化劑催化聚合烯烴、雙烯烴和其他單體的特性早為人們所知。近年來發(fā)現(xiàn)大分子稀土鹽或稀土配合物也具有催化聚合特性。人們發(fā)現(xiàn)了由聚合物載體稀土金屬配合物與有機(jī)鋁組成的新型Ziegler-Natta催化體系能立體有規(guī)聚合丁二烯、異戊二烯等共軛雙烯，不僅催化活性和立體規(guī)整度高，而且還可重復(fù)使用。873.4.5 稀土催化凈化汽車尾氣稀土催化

37、凈化汽車尾氣控制汽車尾氣污染物含量是提高空氣質(zhì)量的有效途徑，而稀土氣體凈化材料的等優(yōu)點(diǎn)。研究表明，稀土化合物的納米微粒具有較強(qiáng)的氧化還原性能，以活性炭作為載體，以納米材料Zr0.5Ce0.5O2（氧化鋯氧化鈰）作為催化活性體的汽車尾氣凈化催化劑對汽車尾氣有著很好的凈化作用。883.5 稀土防腐材料稀土防腐材料隨著鋼鐵等金屬材料在社會(huì)生產(chǎn)和生活各個(gè)方面的廣泛應(yīng)用，金屬設(shè)備和材料的腐蝕問題已成為當(dāng)今經(jīng)濟(jì)發(fā)展的嚴(yán)重障礙，因腐蝕而造成的各類事故直接威脅著人類的生命和財(cái)產(chǎn)安全。傳統(tǒng)的金屬防腐的方法大多以鉻酸和鉻酸鹽等六價(jià)鉻化合物來進(jìn)行鈍化處理，經(jīng)處理后在金屬表面上形成的鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜對基體金屬具有良好的防

38、蝕保護(hù)作用。893.5 稀土防腐材料稀土防腐材料然而，稀土鋁鎂合金是一種可以復(fù)合在碳鋼結(jié)構(gòu)表面的高強(qiáng)耐腐蝕材料，可以在海水及相似環(huán)境中應(yīng)用，適用于水工鋼結(jié)構(gòu)長效防腐。稀土鋁鎂合金涂層與鋼鐵基底的結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)26.4Nmm-2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國際標(biāo)準(zhǔn)ISO/DIS 206312-1989規(guī)定的9.8Nmm-2的對鋁涂層結(jié)合力的要求。稀土鋁鎂合金涂層的電位在海水中具有電化學(xué)保護(hù)作用。將這種涂層應(yīng)用于水工鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕中，可以具有更好的防腐蝕保護(hù)作用，有效提高水工鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命，節(jié)省維修費(fèi)用，減少鋼材的損耗。903.6 發(fā)展和前景發(fā)展和前景913.6.1 發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)展現(xiàn)狀首先我國有著豐富的稀土資源，其中

39、包括內(nèi)蒙古包頭的混合型稀土礦，四川的稀土礦和南方的中重離子稀土礦，這些稀土礦的儲(chǔ)量非常豐富，其中南方的稀土所占的比值甚至在全球該類稀土總量的80%，我國稀土的，能夠滿足全球的稀土精礦需求的90%。其中稀土礦中含中重稀土已經(jīng)發(fā)展成為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要元素之一，已經(jīng)成為世界性的珍貴并且罕見的重要礦產(chǎn)資源。923.6.1 發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)展現(xiàn)狀其次，尤其是近幾年來，國家和政府加大了投資的力度，相關(guān)的稀土行業(yè)不斷的提升自主創(chuàng)新能力，加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，將先進(jìn)的技術(shù)和稀土的開發(fā)緊密的結(jié)合在一起，就以稀土的采、選、冶和分離這幾個(gè)方面出發(fā)，已經(jīng)形成獨(dú)具特色的采和選礦技術(shù)。尤其是在。在不斷的實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)，不管是改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)還是發(fā)展創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)，稀土的投入和產(chǎn)出的比值至少能實(shí)現(xiàn)1:24，