稀土材料(cáiliào)

簡介與應(yīng)用主講(zhǔjiǎng)：馬經(jīng)慧第一頁，共25頁。什么(shénme)是稀土稀土元素最初是從瑞典產(chǎn)的比較稀少的礦物中發(fā)現(xiàn)的，“土”是按當(dāng)時的習(xí)慣，稱不溶于水的物質(zhì)，故稱稀土。以稀土元素為材料的叫做稀土材料。稀土就是化學(xué)元素周期表中鑭系元素以及與鑭系的15個元素密切相關(guān)的兩個元素—鈧（Sc）和釔（Y）共17種元素，稱為稀土元素。簡稱稀土。稀土有“工業(yè)維生素”的美稱，又稱稀土金屬已廣泛應(yīng)用于電子、石油化工、冶金、機(jī)械、能源、輕工、環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。根據(jù)稀土擁有量（含礦及半成品，加工品），中國、俄羅斯、美國、澳大利亞是世界上四大稀土擁有國，中國名列第一位。主要(zhǔyào)稀土礦有內(nèi)蒙古白云鄂博稀土礦、山東微山稀土礦、冕寧稀土礦等等。第二頁，共25頁。樣品(yàngpǐn)第三頁，共25頁。稀土激光(jīguāng)材料稀土材料(cáiliào)有哪些？稀土超磁致伸縮(shēnsuō)材料稀土超導(dǎo)材料稀土磁光材料稀土永磁材料稀土儲氫材料稀土磁致冷材料第四頁，共25頁。各類稀土材料(cáiliào)簡介稀土永磁材料(cáiliào)稀土永磁材料是將釤、釹混合稀土金屬與過渡金屬（如鈷、鐵等）組成的合金，用粉末冶金方法壓型燒結(jié)，經(jīng)磁場充磁后制得的一種磁性材料。稀土永磁分釤鈷（SmCo）永磁體和釹鐵硼（NdFeB）系永磁體，其中SmCo磁體的磁能積在15～30MGOe之間，NdFeB系永磁體的磁能積在27～50MGOe之間，被稱為“永磁王”，是目前磁性最高的永磁材料。稀土永磁材料是現(xiàn)在已知的綜合性能最高的一種永磁材料由于稀土永磁材料的使用，不僅(bùjǐn)促進(jìn)了永磁器件向小型化發(fā)展，提高了產(chǎn)品的性能，而且促使某些特殊器件的產(chǎn)生，所以稀土永磁材料一出現(xiàn)，立即引起各國的極大重視，發(fā)展極為迅速。我國研制生產(chǎn)的各種稀土永磁材料的性能已接近或達(dá)到國際先進(jìn)水平。第五頁，共25頁。

稀土永磁微電機(jī)

第六頁，共25頁。各類稀土材料(cáiliào)簡介稀土超磁致伸縮(shēnsuō)材料稀土超磁致伸縮材料是國外八十年代末新開發(fā)的新型功能材料。主要是指稀土-鐵系金屬間化合物。這類材料具有比鐵、鎳等大得多的磁致伸縮值，其磁致伸縮系數(shù)比一般磁致伸縮材料高約102～103倍，因此被稱為大或超磁致伸縮材料。并且機(jī)械響應(yīng)快、功率密度高，在所有商品材料中，稀土超磁致伸縮材料是在物理作用下應(yīng)變值最高、能量最大的材料。目前已廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域，從燃料噴射系統(tǒng)、液體閥門控制、微定位到機(jī)械致動器、太空望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和飛機(jī)(fēijī)機(jī)翼調(diào)節(jié)器等領(lǐng)域。它具有比傳統(tǒng)的磁致伸縮材料和壓電陶瓷高幾十倍的伸縮性能。所以可廣泛用于聲納系統(tǒng)、大功率超大型超聲器件、精密控制系統(tǒng)、各種閥門、驅(qū)動器等，是一種具有廣闊發(fā)展前景的稀土功能材料。這種材料的發(fā)展使電-機(jī)械轉(zhuǎn)換技術(shù)獲得突破性進(jìn)展。對尖端技術(shù)、軍事技術(shù)的發(fā)展及傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化產(chǎn)生了重要作用。第七頁，共25頁。

稀土超磁致伸縮(shēnsuō)材料

第八頁，共25頁。各類稀土材料(cáiliào)簡介稀土超導(dǎo)(chāodǎo)材料當(dāng)某種材料在低于某一溫度(wēndù)時，出現(xiàn)電阻為零的現(xiàn)象即超導(dǎo)現(xiàn)象，該溫度(wēndù)即是臨界溫度(wēndù)（Tc）。超導(dǎo)體是一種抗磁體，低于臨界溫度(wēndù)時，超導(dǎo)體排斥任何試圖施加于它的磁場，這就是所謂的邁斯納效應(yīng)。在超導(dǎo)材料中添加稀土可以使臨界溫度(wēndù)Tc大大提高，一般可達(dá)70～90K，從而使超導(dǎo)材料在價(jià)廉易得的液氮中使用，這就大大地推動了超導(dǎo)材料的研制和應(yīng)用的發(fā)展。1986年發(fā)現(xiàn)一些新的超導(dǎo)體，超導(dǎo)研究也因此取得了突破性進(jìn)展，當(dāng)時發(fā)現(xiàn)一種鑭鋇銅氧陶瓷，其臨界溫度(wēndù)為35K。1987年2月又發(fā)現(xiàn)YBa2Cu3O7-x高溫超導(dǎo)體的臨界溫度(wēndù)達(dá)90K以上，大大超過了氮的沸點(diǎn)（77K）。新型稀土高溫材料可以在液氮溫度(wēndù)下工作。第九頁，共25頁。

稀土超導(dǎo)(chāodǎo)材料

第十頁，共25頁。各類稀土材料(cáiliào)簡介稀土磁光材料(cáiliào)光通向磁場或磁矩作用下的物質(zhì)時，其傳輸特性的變化稱為磁光效應(yīng)。磁光材料(cáiliào)是指在紫外到紅外波段，具有磁光效應(yīng)的光信息功能材料(cáiliào)。利用這類材料(cáiliào)的磁光特性以及光、電、磁的相互作用和轉(zhuǎn)換，可制成具有各種功能的光學(xué)器件，如光調(diào)制器、光隔離器、環(huán)行器、開關(guān)、偏轉(zhuǎn)器、光信息處理機(jī)、顯示器、存貯器、激光陀螺偏頻磁鏡、磁強(qiáng)計(jì)、磁光傳感器、印刷機(jī)等。單純的稀土金屬并不顯現(xiàn)磁光效應(yīng)，這是由于稀土金屬至今尚未制備成光學(xué)材料(cáiliào)。只有當(dāng)稀土元素?fù)饺牍鈱W(xué)玻璃、化合物晶體、合金薄膜等光學(xué)材料(cáiliào)之中，才會顯現(xiàn)稀土元素的強(qiáng)磁光效應(yīng)。第十一頁，共25頁。

稀土磁光材料(cáiliào)

稀土磁光材料(cáiliào)制成的光隔離器第十二頁，共25頁。各類稀土材料(cáiliào)簡介稀土磁致冷(zhìlěnɡ)材料磁致冷材料是用于磁致冷系統(tǒng)的具有磁熱效應(yīng)的物質(zhì)。磁致冷首先是給磁體加磁場，使磁矩按磁場方向整齊排列，然后再撤去磁場，使磁矩的方向變得雜亂，這時磁體從周圍吸收熱量，通過熱交換使周圍環(huán)境的溫度降低，達(dá)到致冷的目的。磁致冷材料是指用于磁致冷系統(tǒng)的具有磁熱效應(yīng)的一類材料，磁致冷材料是磁致冷機(jī)的核心部分，即一般稱謂的制冷劑或制冷工質(zhì)。低溫磁致冷裝置具有小型化和高效率等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于低溫物理、磁共振成像儀、粒子(lìzǐ)加速器、空間技術(shù)、遠(yuǎn)紅外探測及微波接收等領(lǐng)域，某些特殊用途的電子系統(tǒng)在低溫環(huán)境下，其可靠性和靈敏度能夠顯著提高。磁致冷所用的制冷材料基本都是以稀土金屬為主要組元的合金或化合物，尤其是室溫磁致冷幾乎全是采用稀土金屬Gd或Gd基合金。磁致冷使用無害、無環(huán)境污染的稀土材料作為制冷工質(zhì)，若取代目前使用氟里昂制冷劑的冷凍機(jī)、電冰箱、冰柜及空調(diào)器等，可以消除由于生產(chǎn)和使用氟里昂類制冷劑所造成的環(huán)境污染和大氣臭氧層的破壞，因而能保護(hù)人類的生存環(huán)境，具有顯著的環(huán)境和社會效益。目前，磁致冷材料、技術(shù)和裝置的研究開發(fā)，美國和日本居領(lǐng)先水平，這些發(fā)達(dá)國家都把磁致冷技術(shù)研究開發(fā)列為21世紀(jì)的重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目，投入了大量資金、人力和物力，競爭極為激烈，都想搶先占領(lǐng)這一高新技術(shù)領(lǐng)域。第十三頁，共25頁。

稀土磁致冷(zhìlěnɡ)機(jī)

包頭(bāotóu)稀土院磁制冷機(jī)第十四頁，共25頁。各類稀土材料(cáiliào)簡介稀土激光(jīguāng)材料激光與稀土激光材料是同時誕生的。到目前為止，大約90%的激光材料都涉及到稀土。稀土激光材料可分為：固體、液體和氣體三大類。但后兩大類由于其性能、種類和用途等遠(yuǎn)不如固體材料。所以一般說稀土激光材料通常是指固體激光材料。固體材料分為晶體、玻璃和光纖激光材料，而激光晶體又占主導(dǎo)地位。稀土材料是激光系統(tǒng)的心臟，是激光技術(shù)的基礎(chǔ)，由激光而發(fā)展起來的光電子技術(shù)，不僅廣泛用于軍事，而且在國民經(jīng)濟(jì)許多領(lǐng)域，如光通訊、醫(yī)療、材料加工（切割、焊接、打孔、熱處理等）、信息儲存、科研、檢測和防偽等方面獲得廣泛應(yīng)用，形成新產(chǎn)業(yè)。在軍事上，稀土激光材料廣泛應(yīng)用于激光測距、制導(dǎo)、跟蹤、雷達(dá)、激光武器和光電子對抗、遙測、精密定位及光通訊等方面。提高和改變各軍種(jūnzhǒng)和兵種的作戰(zhàn)能力和方式，在戰(zhàn)術(shù)進(jìn)攻和防御中起重大作用。高功率激光材料可裝備激光致盲武器，以及光電對抗等武器。光發(fā)射二極管（LED）泵浦的激光晶體制成的激光器輸出光束質(zhì)量好，非線性移頻效率高，可把毫瓦級的激光移頻到藍(lán)光、綠光和紅光區(qū)，用于光存貯、顯示、遙感、雷達(dá)和科研等。第十五頁，共25頁。

稀土激光(jīguāng)材料

微脈沖(màichōng)激光雷達(dá)第十六頁，共25頁。各類稀土材料(cáiliào)簡介稀土儲氫材料(cáiliào)人們很早就發(fā)現(xiàn)，稀土金屬與氫氣(qīnɡqì)反應(yīng)生成稀土氫化物REH2，這種氫化物加熱到1000℃以上才會分解。而在稀土金屬中加入某些第二種金屬形成合金后，在較低溫度下也可吸放氫氣(qīnɡqì)，通常將這種合金稱為貯氫合金。在已開發(fā)的一系列貯氫材料中，稀土系貯氫材料性能最佳，應(yīng)用也最為廣泛。其應(yīng)用領(lǐng)域已擴(kuò)大到能源、化工、電子、宇航、軍事及民用各個方面。石油和煤炭是人類兩大主要能源燃料，但由于它們儲量有限，使用過程中產(chǎn)生環(huán)境污染等問題，因此解決能源短缺和環(huán)境污染成為當(dāng)今研究的重點(diǎn)之一。氫是一種完全無污染的理想能源材料，具有單位質(zhì)量熱量高于汽油兩倍以上的高能量密度，可從水中提取。氫能源開發(fā)應(yīng)用的關(guān)鍵在于能否經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)和高密度安全制取和貯運(yùn)氫。典型的貯氫合金LaNi5是1969年荷蘭菲利浦公司發(fā)現(xiàn)的，從而引發(fā)了人們對稀土系儲氫材料的研究。第十七頁，共25頁。

稀土儲氫材料(cáiliào)

第十八頁，共25頁。一、稀土在冶金工業(yè)(yějīnɡōnɡyè)中的應(yīng)用（1）稀土在煉鋼中的應(yīng)用稀土加入鋼中，可起到脫氧、脫硫、改變夾雜物形態(tài)等凈化和變質(zhì)作用，在某些鋼中還能有微合金化的作用，稀土能夠提高鋼的抗氧化能力，高溫強(qiáng)度和塑性、疲勞壽命、耐腐蝕性及抗裂性等。（2）稀土在鑄鐵中的應(yīng)用稀土加入鐵水中能顯著的提高鐵水的流動性，并減少偏析和熱裂等鑄造缺陷，有利于材質(zhì)性能的提高，稀土還能消除鐵水中有害元素如Pb、Zn、Bi等的不良影響，提高鑄鐵的機(jī)械性能抗震性、耐磨性和切削加工性能。（3）稀土在有色金屬中的應(yīng)用稀土具有很高的化學(xué)活性和較大的原子半徑，加入到有色金屬及其合金中，可細(xì)化晶粒、防止偏析、除氣、除雜和凈化以及改善金相組織等作用，從而達(dá)到改善機(jī)械性能、物理性能和加工性能等綜合目的。2004稀土材料(cáiliào)的應(yīng)用第十九頁，共25頁。二、稀土在鋁電線、電纜中的應(yīng)用目前我國的稀土鋁導(dǎo)線主要有高強(qiáng)度稀土鋁合金電纜，成份為Al-Mg-Si-RE，用于高壓輸電(shūdiàn)線路，它的抗拉強(qiáng)度達(dá)到26kg/mm2，弧垂性能和彎曲性能好，使用壽命長。三、6063稀土鋁合金及應(yīng)用這是一種最常用的變形合金，多用于工業(yè)和民用建筑，其成份（%）為Mg0.67～0.70，Si0.45～0.48，F(xiàn)e0.20～0.21，余為鋁。在該合金熔煉過程中加入0.20～0.25%的稀土金屬，抗拉強(qiáng)度提高24%，擠壓速度提高0.5倍，成材率提高3%，并改善了表面質(zhì)量。增加了耐蝕性和著色性。另外還有添加稀土的Al-Si-M(M=Cu,Mg,Mn)合金用于制造汽缸缸體和活塞。2004稀土材料(cáiliào)的應(yīng)用第二十頁，共25頁。稀土材料(cáiliào)的應(yīng)用四、稀土在航空工業(yè)中的應(yīng)用(yìngyòng)現(xiàn)狀（2）稀土鈦合金氧化釔型殼制造鈦鑄件已廣泛(guǎngfàn)用于制造各種飛機(jī)、發(fā)動機(jī)及民品（4）稀土非全屬材料稀土有機(jī)灌注料XZ－1已用于高性能發(fā)動機(jī)控油系統(tǒng)的燃油電磁開關(guān)，解決了長期以來飛機(jī)油箱使用壽命短的難題（1）稀土鎂合金稀土鎂合金比強(qiáng)度較高，對減輕飛機(jī)重量，提高戰(zhàn)術(shù)性能具有廣泛的應(yīng)用前景（3）稀土鋁合金中航總研制的含稀土耐熱鑄造鋁合金HZL206具有優(yōu)越的高溫和常溫力學(xué)性能現(xiàn)已用于直升機(jī)和殲擊機(jī)工作溫度達(dá)300℃的耐壓閥門（5）稀土永磁材料

稀土永磁材料發(fā)展十分迅速，現(xiàn)已在許多領(lǐng)域里得到了廣泛的應(yīng)用，成為當(dāng)代新技術(shù)的重要物資基礎(chǔ)。自80年代以來利用釤鈷合金做稀土永磁電機(jī)。產(chǎn)品類型包括伺服電動機(jī)、驅(qū)動電動機(jī)、汽車啟動機(jī)、地面軍用電機(jī)、航空電機(jī)等[ImageInfo]

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-Notetocustomers:ThisimagehasbeenlicensedtobeusedwithinthisPowerPointtemplateonly.Youmaynotextracttheimageforanyotheruse.第二十一頁，共25頁。稀土材料(cáiliào)的應(yīng)用五、稀土在輕工、紡織(fǎngzhī)和建材工業(yè)中的應(yīng)用（1）稀土在塑料工業(yè)中的應(yīng)用(yìngyòng)（2）稀土在油漆工業(yè)中的應(yīng)用（3）稀土在紡織工業(yè)中的應(yīng)用（4）稀土在建筑材料中的應(yīng)用稀土化合物在塑料工業(yè)中主要被用作塑料助劑。塑料助劑不僅能顯著地改善塑料的加工性能和使用性能，而且可以降低其生產(chǎn)成本、降低能耗、提高生產(chǎn)效率稀土在紡織工業(yè)中主要用于皮革鞣制、皮毛染色、棉紡、毛紡和合成纖維的印染等。稀土在油漆工業(yè)中主要作催干劑，稀土作油漆的催干劑，不僅原料易得，可以減少毒性，減輕油漆生產(chǎn)和使用中的環(huán)境污染，并能改進(jìn)涂膜性能，使油漆具有顏色淺、漆膜堅(jiān)硬、成本低等優(yōu)點(diǎn)。建筑業(yè)是我國支柱產(chǎn)業(yè)之一，稀土在建筑行業(yè)也同樣有著其廣闊的應(yīng)用前景。含稀土元素作為添加劑燒制的水泥，可大幅度提高水泥的強(qiáng)度和產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本，現(xiàn)已在我國形成工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模。稀土保溫材料、稀土防水保溫涂料和高效建筑群墻體材料具有很好的保溫和防水效果第二十二頁，共25頁。稀土材料(cáiliào)的應(yīng)用（1）石油(shíyóu)裂化催化劑（2）稀土汽車尾氣凈化(jìnghuà)催化劑（3）合成橡膠用的催化劑在化學(xué)工業(yè)中，稀土催化劑可以把石油提煉工業(yè)中的副產(chǎn)品乙烯、丙烯、丁烯和芳香烴等迅速聚合成各種性能的橡膠，并達(dá)到同天然橡膠相同的性能。在合成氨工業(yè)中采用稀土催化劑可以將反應(yīng)過程中的一氧化碳和副產(chǎn)物二氧化碳迅速轉(zhuǎn)化為甲烷。在石油工業(yè)中采用稀土分子篩催化劑進(jìn)行石油裂化催化，可以大幅度提高原油裂化轉(zhuǎn)化率，增加汽油和柴油的產(chǎn)率。運(yùn)用稀土分子篩催化劑進(jìn)行石油裂化催化，具有原油處理量大、輕質(zhì)油收率高、產(chǎn)品質(zhì)量高、活性高