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浅析稀土材料的应用
稀土材料
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∙1什么是稀土
∙2稀土材料
∙3稀土材料的应用
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摘要
请用一段简单的话描述该词条,马上。
稀土材料泛指一切含有稀土元素的功能材料和结构材料。
稀土材料-什么是稀土
就是化学元素周期表中—镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu),以与与镧系的15个元素密切相关的两个元素—钪(Sc)和钇(Y)共17种元素,称为稀土元素(RareEarth)。
简称稀土(RE或R)。
稀土元素最初是从瑞典产的比较稀少的矿物中发现的,“土”是按当时的习惯,称不溶于水的物质,故称稀土。
根据稀土元素原子的和物理化学性质,以与它们在矿物中共生情况和不同的离子半径可产生不同性质的特征,十七种稀土元素通常分为二组:
轻稀土(又称铈组)包括:
镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆;重稀土(又称钇组)包括:
铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇。
又称铈组或钇组,是因为矿物经分离得到的稀土混合物中,常以铈或钇占优势而得名。
稀土材料-稀土材料
1.稀土永磁材料
稀土永磁材料是将钐、钕混合稀土金属与(如钴、铁等)组成的合金,用粉末冶金方法压型烧结,经充磁后制得的一种磁性材料。
稀土永磁分钐钴(SmCo)永磁体和钕铁硼(NdFeB)系永磁体,其中SmCo磁体的磁能积在15~30MGOe之间,NdFeB系永磁体的磁能积在27~50MGOe之间,被称为“永磁王”,是目前磁性最高的永磁材料。
钐钴永磁体,尽管其磁性能优异,但含有储量稀少的稀土金属钐和稀缺、昂贵的战略金属钴,因此,它的发展受到了很大限制。
我国稀土永磁行业的发展始于上世纪60年代末,当时的主导产品是钐-钴永磁,目前钐-钴永磁体世界销售量为630吨,我国为90.5吨(包括SmCo磁粉),主要用于军工技术。
随着计算机、通讯等产业的发展,稀土永磁特别是NdFeB永磁产业得到了飞速发展。
稀土永磁材料是现在已知的综合性能最高的一种永磁材料,它比十九世纪使用的磁钢的磁性能高100多倍,比、铝镍钴性能优越得多,比昂贵的铂钴合金的磁性能还高一倍。
由于稀土永磁材料的使用,不仅促进了永磁器件向小型化发展,提高了产品的性能,而且促使某些特殊器件的产生,所以稀土永磁材料一出现,立即引起各国的极大重视,发展极为迅速。
我国研制生产的各种稀土永磁材料的性能已接近或达到国际先进水平。
现在稀土永磁材料已成为电子技术通讯中的重要材料,用在人造卫星,雷达等方面的行波管、环行器中以与微型电机、微型录音机、航空仪器、电子手表、地震仪和其它一些电子仪器上。
目前稀土永磁应用已渗透到汽车、家用电器、电子仪表、、音响设备、、移动等方面。
在医疗方面,运用稀土永磁材料进行“磁穴疗法”,使得疗效大为提高,从而促进了“磁穴疗法”的迅速推广。
在应用稀土的各个领域中,稀土永磁材料是发展速度最快的一个。
它不仅给稀土产业的发展带来巨大的推动力,也对许多相关产业产生相当深远的影响。
2.稀土超磁致伸缩材料
磁性材料由于磁场的变化,其长度和体积都要发生微小的变化,这种现象称为磁致伸缩。
其中长度的变化称为线性磁致伸缩,体积的变化称为体积磁致伸缩。
体积磁致伸缩比线性磁致伸缩要弱得多,一般提到磁致伸缩均指线性磁致伸缩。
是1842年由发现的,故又称焦耳效应。
长期以来,作为磁致伸缩材料的主要是镍、铁等金属或合金,由于磁致伸缩值较小,功率密度不高,故应用面较窄。
主要用于声纳、超声波发射等方面。
稀土超是国外八十年代末新开发的新型功能材料。
主要是指稀土-铁系金属间化合物。
这类材料具有比铁、镍等大得多的磁致伸缩值,其磁致伸缩系数比一般磁致伸缩材料高约102~103倍,因此被称为大或超磁致伸缩材料。
并且机械响应快、功率密度高,在所有商品材料中,稀土超磁致伸缩材料是在物理作用下应变值最高、能量最大的材料。
特别是铽镝铁磁致伸缩合金(Terfenol-D)的研制成功,更是开辟了磁致伸缩材料的新时代,Terfenol-D是70年代才发现的新型材料,该合金中有一半成份为铽和镝,有时加入钬,其余为铁,该合金由美国依阿华州阿姆斯实验室首先研制成功,当Terfenol-D置于一个磁场中时,其尺寸的变化比一般磁性材料变化大,这种变化可以使一些精密机械运动得以实现。
铽镝铁开始主要用于声纳,目前已广泛应用于多种领域,从燃料喷射系统、液体阀门控制、微定位到机械致动器、太空望远镜的调节机构和飞机机翼调节器等领域。
它具有比传统的磁致伸缩材料和压电瓷高几十倍的伸缩性能。
所以可广泛用于声纳系统、大功率超大型超声器件、精密控制系统、各种阀门、驱动器等,是一种具有广阔发展前景的稀土功能材料。
这种材料的发展使电-机械转换技术获得突破性进展。
对尖端技术、军事技术的发展与传统产业的现代化产生了重要作用。
美国前沿技术(EdgeTechnologies)公司1989年开始生产稀土大磁致伸缩材料,其商品牌号为Terfenol-D,随后瑞典FeredynAB公司也生产、销售稀土大磁致伸缩材料,产品牌号为Magmeg86,近10多年来,日本、俄罗斯、英国和澳大利亚等也相继研究开发出TbDyFe2型磁致伸缩材料,并有少量产品销售。
稀土磁伸材料主要用于制作大功率,后者广泛应用于水下通讯、制导、捕鱼、油井与地质探测等。
其它应用包括阀门控制、精密车床、、蠕动马达、阻尼减振、延迟器与传感器等。
稀土磁致伸缩材料的开发与应用,日益受到人们的关注,产量与市场消费量增长非常迅速。
据美国前沿技术公司统计,全世界Terfenol-D合金产量,1989年仅为100kg,1993年约1000kg,1995年达到10吨,而到1997年已达到70吨。
美国国每年用于声纳等器件的Terfenol-D材料价值约数百万到1千万美元,声纳、油压机、机器人等器件的市场金额每年约6亿美元。
最近5年来,Terfenol-D的市场年增长率为100%。
3.稀土超导材料
当某种材料在低于某一温度时,出现电阻为零的现象即,该温度即是(Tc)。
超导体是一种抗磁体,低于临界温度时,超导体排斥任何试图施加于它的磁场,这就是所谓的。
在超导材料中添加稀土可以使临界温度Tc大大提高,一般可达70~90K,从而使超导材料在价廉易得的液氮中使用,这就大推动了超导材料的研制和应用的发展。
超导现象是1911年由一位荷兰物理学家首先发现的,当水银温度降低到43K时,水银便失去了电阻。
随后超导体的研究开发一直在进行,到1973年,科学家们制得一种铌锗合金,其临界温度是23.3K。
1986年发现一些新的超导体,超导研究也因此取得了突破性进展,当时发现一种镧钡铜氧瓷,其临界温度为35K。
1987年2月又发现YBa2Cu3O7-x高温超导体的临界温度达90K以上,大大超过了氮的沸点(77K)。
新型稀土高温材料可以在液氮温度下工作。
4.稀土磁光材料
在磁场或磁矩作用下,物质的电磁特性(如磁导率、介电常数、磁化强度、磁畴结构、磁化方向等)会发生变化。
因而使通向该物质的光的传输特性也随之发生变化。
光通向磁场或磁矩作用下的物质时,其传输特性的变化称为。
磁光材料是指在紫外到红外波段,具有磁光效应的光信息功能材料。
利用这类材料的磁光特性以与光、电、磁的相互作用和转换,可制成具有各种功能的光学器件,如、、环行器、开关、偏转器、光信息处理机、显示器、存贮器、激光陀螺偏频磁镜、磁强计、磁光传感器、印刷机等。
稀土元素由于4f电子层未填满,因而产生:
未抵消的,这是强磁性的来源,由于4f电子的跃迁,这是光激发的起因,从而导致强的磁光效应。
单纯的稀土金属并不显现磁光效应,这是由于稀土金属至今尚未制备成光学材料。
只有当稀土元素掺入光学玻璃、化合物晶体、合金薄膜等光学材料之中,才会显现稀土元素的强磁光效应。
磁光器件是指用具有磁光效应的材料制作的各类光信息功能器件。
虽然1845年就发现了磁光效应,但在其后一百多年中,并未获得应用。
直到上世纪60年代初,由于激光和光电子技术的开发,才使得磁光效应的研究向应用领域发展,出现了新型的光信号功能器件—磁光器件。
在激光应用中,除探索各种新型的和接收器外,激光束的参数,例如强度、方向、偏转、频率、偏振状态等的快速控制也是很重要的问题,磁光器件,就是利用磁光效应构成的各种控制激光束的器件,类似微波铁氧体器件的发展和分类那样,因光通讯的需要,1966年发展了磁光调制器、磁光开关、磁光隔离器、磁光环行器、磁光旋转器、磁光相移器等磁光器件。
由于光纤技术和集成光学的发展,1972年起又诞生了波导型的集成磁光器件。
在60年代后期,因计算机存贮技术的发展,开发了磁光存贮技术。
后来由于全息磁泡和光盘技术的日趋完善和商品化,从而出现了磁光印刷和磁光光盘系统。
利用磁光效应研究圆柱状磁畴(磁泡)而发展了磁泡技术。
因信息技术的需要,在70年代中后期,在磁泡技术的基础上,又发展了磁光信息处理机与磁泡显示器。
的发展中遇到了“闭锁”问题,一度受挫,后来利用磁光效应,巧妙地克服了“闭锁”,从而发展了一个全固态(无机械部件)的磁光偏频激光陀螺。
因此,每一种新型的磁光器件,都是在研究磁光效应的基础上开发成功的。
5.稀土磁致冷材料
本世纪二十年代末,科学家发现了磁性物质在磁场作用下温度升高的现象,即。
随后许多科学家和工程师对具有磁热效应的材料、磁致冷技术与装置进行了大量的研究开发工作。
到目前为止,20K以下的低温磁致冷装置在某些领域已实用化,而室温磁致冷技术还在继续研究攻关,目前尚未达到实用化的程度。
磁致冷材料是用于磁致冷系统的具有磁热效应的物质。
磁致冷首先是给磁体加磁场,使磁矩按磁场方向整齐排列,然后再撤去磁场,使磁矩的方向变得杂乱,这时磁体从周围吸收热量,通过热交换使周围环境的温度降低,达到致冷的目的。
磁致冷材料是指用于磁致冷系统的具有磁热效应的一类材料,磁致冷材料是磁致冷机的核心部分,即一般称谓的或制冷工质。
低温超导技术的广泛应用,迫切需要液氦冷却低温超导磁体,但液氦价格昂贵,因而希望有能把液氦气化的氦气再液化的小型高效率制冷机。
如果把以往的气体压缩—膨胀式制冷机小型化,必须把压缩机变小,这样将使制冷效率大大降低。
因此,为了满足液化氦气的需要,人们加速研制低温(4~20K)磁致冷材料和装置,经过多年的努力,目前低温磁致冷技术已达到实用化。
低温磁致冷所使用的磁致冷材料主要是稀土Gd3Ga5O12(GGG)和Dy3Al5O12(DAG)单晶。
使用GGG或DAG等材料做成的低温磁致冷机属于卡诺磁致冷循环型,起始致冷温度分别为16K和20K。
低温磁致冷装置具有小型化和高效率等独特优点,广泛应用于低温物理、磁共振成像仪、、、远红外探测与微波接收等领域,某些特殊用途的电子系统在低温环境下,其可靠性和灵敏度能够显著提高。
磁致冷是使用无害、无环境污染的稀土材料作为制冷工质,若取代目前使用氟里昂制冷剂的冷冻机、电冰箱、冰柜与空调器等,可以消除由于生产和使用类制冷剂所造成的环境污染和大气的破坏,因而能保护人类的生存环境,具有显著的环境和社会效益。
1987年80多个国家参加签署的《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》规定,为了防止生产和使用氟氯碳类化合物造成的大气臭氧层的破坏,到2000年全世界将限制和禁止使用氟里昂制冷剂,我国于1991年6月加入这个国际公约并作出规定,到2010年我国将禁止生产和使用氟里昂等氟氯碳和氢氟氯碳类化合物。
因此,需要加快研究开发无害的新型制冷剂或不使用氟里昂制冷剂的其它类型制冷技术。
迄今,在有关这方面的研究开发中,发现磁致冷是制冷效率高,能量消耗低,无污染的制冷方法之一。
从目前美国室温磁致冷技术研究进展情况看,在3到5年,室温磁致冷技术有可能在汽车空调系统中得到实际应用之后,并将进一步开发家用空调和电冰箱等磁致冷装置。
磁致冷所用的制冷材料基本都是以稀土金属为主要组元的合金或化合物,尤其是室温磁致冷几乎全是采用稀土金属Gd或Gd基合金。
目前,磁致冷材料、技术和装置的研究开发,美国和日本居领先水平,这些发达国家都把磁致冷技术研究开发列为21世纪的重点攻关项目,投入了大量资金、人力和物力,竞争极为激烈,都想抢先占领这一高新技术领域。
6.稀土激光材料
是一种新型光源,它具有很好的单色性、方向性和相干性,并且可以达到很高的亮度。
与激光技术相应发展起来的各种晶体,如非线性晶体,能对激光束进行调频、调幅、调偏与调相作用;能修正传输过程中激光图像的畸变;热电探测晶体能灵敏地探测到红外光等。
这些特性使激光很快就应用到工、农、医和国防部门。
激光与稀土激光材料是同时诞生的。
到目前为止,大约90%的激光材料都涉与到稀土。
自从1960年在红宝石中出现激光以来,同年就发现用掺钐的氟化钙(CaF2:
Sm2+)可输出脉冲激光。
1961年首先使用掺钕的硅酸盐玻璃获得脉冲激光,从此开辟了具有广泛用途的稀土玻璃激光器的研究。
1962年首先使用CaWO4:
Nd3+晶体输出连续激光,1963年首先研制稀土螯合物液体激光材料,使用掺铕的苯酰丙酮的醇溶液获得脉冲激光,1964年找出了室温下可输出连续激光的掺钕的钇铝石榴石晶体(Y3Al5O12:
Nd3+),它已成为目前获得了广泛应用的固体激光材料,1973年首次实现铕-氦的稀土金属蒸气的激光振荡。
由此可见,在短短的十多年里,稀土的固态、液态和气态都实现了受激发射。
在激光工作物质中,稀土已成为一族很重要的元素。
这都与它具有特殊的、众多可利用的能级和光谱特性有关。
稀土激光材料可分为:
固体、液体和气体三大类。
但后两大类由于其性能、种类和用途等远不如固体材料。
所以一般说稀土激光材料通常是指固体激光材料。
固体材料分为晶体、玻璃和光纤激光材料,而激光晶体又占主导地位。
稀土材料是激光系统的心脏,是激光技术的基础,由激光而发展起来的光电子技术,不仅广泛用于军事,而且在国民经济许多领域,如光通讯、医疗、材料加工(切割、焊接、打孔、热处理等)、信息储存、科研、检测和防伪等方面获得广泛应用,形成新产业。
在军事上,稀土激光材料广泛应用于激光测距、制导、跟踪、、激光武器和光电子对抗、遥测、精密定位与光通讯等方面。
提高和改变各军种和兵种的作战能力和方式,在战术进攻和防御中起重大作用。
高功率激光材料可装备激光致盲武器,以与光电对抗等武器。
光发射二极管()泵浦的激光晶体制成的激光器输出光束质量好,非线性移频效率高,可把毫瓦级的激光移频到蓝光、绿光和红光区,用于光存贮、显示、遥感、雷达和科研等。
7.稀土储氢材料
人们很早就发现,稀土金属与氢气反应生成稀土氢化物REH2,这种氢化物加热到1000℃以上才会分解。
而在稀土金属中加入某些第二种金属形成合金后,在较低温度下也可吸放氢气,通常将这种合金称为贮氢合金。
在已开发的一系列贮氢材料中,稀土系贮氢材料性能最佳,应用也最为广泛。
其应用领域已扩大到能源、化工、电子、宇航、军事与民用各个方面。
用于化学蓄热和化学热泵的稀土贮氢合金可以将工厂的废热等低质热能回收、升温,从而开辟出了人类有效利用各种能源的新途径。
利用稀土贮氢材料释放氢气时产生的压力,可以用作热驱动的动力,采用稀土贮氢合金可以实现体积小、重量轻、输出功率大,可用于制动器升降装置和温度传感器。
石油和煤炭是人类两大主要能源燃料,但由于它们储量有限,使用过程中产生环境污染等问题,因此解决能源短缺和环境污染成为当今研究的重点之一。
氢是一种完全无污染的理想能源材料,具有单位质量热量高于汽油两倍以上的高能量密度,可从水中提取。
氢能源开发应用的关键在于能否经济地生产和高密度安全制取和贮运氢。
典型的贮氢合金LaNi5是1969年荷兰菲利浦公司发现的,从而引发了人们对稀土系储氢材料的研究。
稀土材料-稀土材料的应用
1.稀土在冶金工业中的应用
(1)稀土在炼钢中的应用
稀土在钢中的应用有近50年的历史,经过对稀土金属在钢中作用规律和机理的研究,搞清楚了稀土在钢中的作用;通过添加工艺方法的实验研究,掌握了稀土加入的工艺条件、添加稀土金属的品种和加入量。
至八十年代末期,稀土在钢中的应用已没有技术方面的障碍。
稀土加入钢中,可起到脱氧、脱硫、改变夹杂物形态等净化和变质作用,在某些钢中还能有微合金化的作用,稀土能够提高钢的抗氧化能力,高温强度和塑性、疲劳寿命、耐腐蚀性与抗裂性等。
稀土加入钢中的主要作用:
净化作用:
钢中加入稀土,可以置换钢中可能生成的硫化锰、氧化铝和硅铝酸盐夹杂物中的氧与硫,形成稀土化合物。
这些化合物中有部分从钢液中上浮进入渣中,从而使钢液中的夹杂物减少,钢液得到净化,这就是稀土对钢的净化作用。
细化组织:
由于稀土在钢中同夹杂物反应生成的稀土化合物熔点较高,在钢液凝固前析出,这些细小的质点,可作为非均质形核中心,降低结晶过程的过冷度,因此,不但可以减少偏析还可细化钢的凝固组织。
对夹杂物的形态控制:
钢中加入稀土后,硫化锰将被在高温塑性变形能力较小的稀土氧化物或硫化物取代,这些化合物在轧制过程中不随钢一起变形,仍保持为球状,它们对钢的机械性能影响较小,所以钢中加入稀土可以提高钢的韧性,改善钢的抗疲劳性能。
在耐大气腐蚀钢中加入稀土,使钢的锈层致密,而且与基体的结合力变强,不易脱离,可以阻止大气中O2和H2O的扩散,从而降低了腐蚀速度,加稀土的钢的耐腐蚀性比不加稀土的钢提高0.3~2.4倍。
在MnNb系低合金高强度钢中加入稀土可以显著改善钢的冷弯性能、冲击性能、低温冲击性和耐磨性,大大改善了钢的加工性能并提高其使用寿命。
在铁路钢轨中加入稀土,可显著提高钢轨的耐磨性、抗剥离性,经多年使用证明钢轨寿命提高1.5倍。
(2)稀土在铸铁中的应用
是高碳硅铁合金的通称,其碳含量在1.8~4.5之间,铸铁以碳在合金中的分布状态可分为灰口铸铁、球墨铸铁、珠光体铸铁、可锻铸铁和白口铁。
我国从上世纪60年代中期开始研究稀土与铁的作用机理和处理工艺,先后解决了稀土球化剂、孕育剂的冶炼制备、稀土加入方法等问题。
目前稀土处理的铸铁主要分三大类:
球铁件、蠕铁件和高强灰铸铁件以与稀土处理的合金铸铁件。
稀土加入铸铁中的主要作用:
变质作用:
突出表现为使片状变成球状石墨。
石墨球化可以减少应力集中,并细化铸态组织,改善非金属夹杂物的形状和分布,有利于材质性能的提高,因而稀土球铁具有高于灰铸铁的机械性能,其抗震性、耐磨性和切削加工性能比钢还好。
净化作用:
铁水中经常含有氧、硫等有害杂质,这些杂质会使铸件产生气孔、裂缝,并形成夹渣,使材质的强度、韧性和塑性降低。
而稀土元素与硫、氧的结合能力强,生成难熔化合物,在铁水中能起脱硫除氧作用。
同时稀土还能消除铁水中有害元素如Pb、Zn、Bi等的不良影响。
改善铸造性能:
稀土加入铁水中能显著的提高铁水的流动性,并减少偏析和热裂等铸造缺陷。
(3)稀土在中的应用
稀土具有很高的化学活性和较大的原子半径,加入到有色金属与其合金中,可细化晶粒、防止偏析、除气、除杂和净化以与改善金相组织等作用,从而达到改善机械性能、物理性能和加工性能等综合目的。
由于稀土金属的净化、调质作用,对这些有色金属都能起到细化晶粒,提高再结晶温度,从而对铸造合金能显著地改善工艺性能,对变型合金能显著地提高加工性能;对镍、钴基的耐热合金能提高抗氧化和抗高温腐蚀的能力,对超硬合金可以改善韧性和耐磨性。
这些性能的改善,都显著地提高了生产企业与使用单位的经济效益,并能为国家减少这些宝贵资源的消耗。
稀土在铝电线、电缆中的应用
目前我国的稀土铝导线主要有高强度稀土铝合金电缆,成份为Al-Mg-Si-RE,用于高压输电线路,它的抗拉强度达到26kg/mm2,弧垂性能和弯曲性能好,使用寿命长。
高导电铝电线,成份为Al-RE,稀土的加入量为0.15~0.3%。
在较高温度下(<150℃)使用的高导电稀土铝导线其成份为Al-Zr-RE,其载流量为纯铝线的1.6~2.0倍,用作大电流导线。
每年生产的稀土铝电缆、电线不仅满足国市场的需求,还大量出口,经济效益显著。
6063稀土铝合金与应用
这是一种最常用的变形合金,多用于工业和民用建筑,其成份(%)为Mg0.67~0.70,Si0.45~0.48,Fe0.20~0.21,余为铝。
在该合金熔炼过程中加入0.20~0.25%的稀土金属,抗拉强度提高24%,挤压速度提高0.5倍,成材率提高3%,并改善了表面质量。
增加了耐蚀性和着色性。
另外还有添加稀土的Al-Si-M(M=Cu,Mg,Mn)合金用于制造汽缸缸体和活塞。
稀土锌铝热镀合金
为防止钢材腐蚀,通常用Zn-Al热镀合金(Galfan)比镀锌具有更好的加工成形性和耐腐蚀性,但锌耗较高,耐蚀性也有待改善。
近年Zn-Al-Mg-RE热镀合金开发成功并投入生产。
这种稀土热镀合金的流动性、耐蚀性、镀层的形成性能都优于锌和Zn-Al合金。
稀土铜耐磨合金
一般轴瓦材料用锡青铜(即巴氏合金),但价格较贵。
稀土耐磨铅青铜合金(RPH)的使用寿命是巴氏合金的1.5倍,而吨成本比后者又降低了5000~6000元。
目前已在纺织机械中使用。
稀土硬质合金
硬质合金用于金属切削、钻头、模具等方面,其硬度大、强度高,但抗弯性差、易打损。
稀土添加剂同粘结剂与硬质相WC、TiC一起球磨钛,制备硬质合金原料粉,再经压型烧结工艺过程生产的硬质合金,抗弯强度提高约15%,硬度提高0.5RHA,使用寿命提高一倍以上。
稀土镁合金
稀土镁合金比强度高,对减轻飞机重量,提高战术性能具有广泛的应用前景。
中国航空工业总公司研制的稀土镁合金包括铸造镁合金与变形镁合金约有10个牌号,很多牌号已用于生产,质量稳定。
稀土元素在镁合金中溶解度大,因而有明显的热处理强化作用。
在铸造和变型镁合金中加入金属钕、钇显著地提高强度和工艺性能。
目前已工业生产的铸造镁合金有ZM2、ZM4、ZM6;变型稀土镁合金有BM6、BM25。
2.稀土在高温超导材料中的应用
自1911年荷兰人翁纳斯(K*Onnes)在汞中首次发现以来,至今全世界共发现28种金属和上千种合金或金属间化合物具有超导性。
遗憾的是这些物质由常导态到超导态的临界转变温度Tc最高的只有23K(Nb3Ge),其中常用的Nb-Ti,Nb3Sn等已商品化的超导材料必须在液氦(Tc为4.2K,每升约10美元)环境中工作,这不但增加了成本,也给操作带来了不便。
为此寻找高温超导材料成为科技界多年来追逐的主要目标。
其中稀土元素自然也成为寻找的对象。
这是因为金属镧的Tc值在16GPa的高压下约为11K,同时1975年和1976年分别在BaPb1-xBixO3(Tc=13K)和LaMo6Se8(Tc=11K)中发现了超导性。
也许正是在这样的背景下,缪勒和柏诺兹于1986年才在氧化物瓷特别是以镧为组分的氧化物瓷上另辟蹊径,终于在LaBa2CuO4(Tc=35K)上取得历史性的突破。
紧接着朱经武和忠贤又迈出了具有决定意义的一步,发现由另一个稀土元素钇构成的Tc越过液氮温区(Tc=77K,每升约0.16美元)的钇钡铜氧(YBa2Cu3O7-δ)。
YBCO的Tc高达92K,是一个具有实用意义的高温超导材料。
此后相继发现除铈、铽、镨外,其它所有镧系元素包括钇在,都能形成通式为RBa2Cu3O7-δ,超导转变温度介于~92K(R=Y)至~95K(R=Nd)之间的高温超导化合物。
在理论上这类化合物的上临界场可高达160T,故亦可视之为高场超导体。
稀土铜氧基高温超导化合物的出现,除带来具有挑战意义的认知问题外,还表现出巨大的技术应用潜力。
近年来在一些应用术前沿问题的初步解决,为稀土作为原料在高温超导领域中的应用开发展现了美好的前景。
缪勒等发现的La2-xBaxCuO4与其后出现的以YBCO为代表的RBa2Cu3O7-δ在结构上呈层状类钙钛矿型晶体结构,由被AmOn层(A—其它元素,O—氧
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