稀土金屬及其合金第1頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)、稀土材料制備的工作范疇

材料制備是指把各種原子、分子以及更高一級聚集狀態(tài)結(jié)合起來制成材料所用的各種化學(xué)方法和物理方法。廣義來講，稀土材料的制備應(yīng)包括從稀土原料到稀土材料的全過程。第2頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月第3頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月稀土材料制備的五個特點：①稀土材料的組成和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此對其化學(xué)組分和顯微結(jié)構(gòu)要嚴(yán)格設(shè)計和控制。②因為其活潑和其特有的特性，所以制備環(huán)境苛刻。③要采用新的高新制備技術(shù)。④由于要求純度高，故制備條件苛刻且多限于少量制備，成本高，產(chǎn)品價格也高。⑤技術(shù)保密性和知識產(chǎn)權(quán)保護性強。第4頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)稀土材料制備中的基本原理

一、制備過程中的化學(xué)熱力學(xué)原理材料制備過程是一個及其復(fù)雜的物理和化學(xué)的綜合變化過程。包含諸如冶金過程、相變過程、晶體生長、固溶體形成、化學(xué)反應(yīng)、燒結(jié)過程以及材料的損耗等。根據(jù)△G=△H-T△S（吉布斯公式）因此，反應(yīng)自發(fā)性的理論判據(jù)：

△G<0自發(fā)進(jìn)行△G=0處于平衡△G>0非自發(fā)進(jìn)行第5頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月△G=△Gθ+RTlnQ用△Gθ對反應(yīng)自發(fā)性的估計標(biāo)態(tài)下：△Gθ<0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行非標(biāo)態(tài)：△Gθ<0可以使△G<0，反應(yīng)有希望自發(fā)非標(biāo)態(tài)：40kJ.mol－1>△Gθ>0，反應(yīng)有自發(fā)的可能性，但存在懷疑，應(yīng)具體分析?！鱃θ>40kJ.mol－1基本上認(rèn)為反應(yīng)不可能自發(fā)。第6頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月二、準(zhǔn)備過程中的動力學(xué)因素對于一般的反應(yīng)，其反應(yīng)速率除用反應(yīng)物和產(chǎn)物濃度的變化來表示外，也可用絕對溫度、活化熵及活化焓來表示。式中，kr為速率常數(shù)；k為波耳茲曼常數(shù)；h為普朗克常數(shù)。第7頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月三、稀土材料制備中的離子取代根據(jù)結(jié)晶化學(xué)原理，離子半徑相近的離子易于相互取代。離子取代可以分成等價取代和不等價取代兩種方法。第8頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月1、等價離子取代在發(fā)生等價離子取代時，無需電荷補償。具有充滿殼層的四個離子Sc3+、Y3+、La3+、Lu3+是光學(xué)惰性的，是優(yōu)良的發(fā)光和激光材料的基質(zhì)，而從Ce3+～Yb3+的13個具有未充滿殼層的三家發(fā)光離子都可等價取代基質(zhì)中的三價稀土離子而形成發(fā)光和激光材料。非稀土的3價金屬離子，如Bi3+離子（CN=6時，r=103pm；CN=8時，r=116pm）與3價稀土離子，如La3+（CN=6時；r=103pm；CN=8時，r=116pm）的半徑相近，也可發(fā)生相互取代，因而可用作發(fā)光材料的敏化劑。第9頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月2、不等價離子取代利用離子的不等價取代法是產(chǎn)生帶電子的空位或陷阱等缺陷的簡便方法。在不等價離子取代中產(chǎn)生的空位缺陷，可利用加入電荷補償劑進(jìn)行電荷補償，或者由于化合物中某一可變組分發(fā)生價態(tài)改變而進(jìn)行電荷補償。近幾年來，利用不等價離子取代，產(chǎn)生了很多具有特異電、磁性能和發(fā)光性能的稀土新材料。其中研究最多的是稀土A與可變價的過渡金屬B（如Mn、Fe、Co、Ni、Cu等）形成鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的ABO3和層狀化合物A2BO4。第10頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月中科院長春應(yīng)化所蘇鏘院士等經(jīng)長期研究，利用缺陷制備長余輝發(fā)光材料和在空氣下制備低價稀土發(fā)光材料方面取得可喜成果。①利用三價的稀土離子（Sm、Eu、Tm、Yb）不等價取代。還有四面體硼酸根或磷酸根的堿土硼酸鹽或磷酸鹽中的二價堿土離子，產(chǎn)生帶電子的空位，在高溫空氣下制得可作為防偽熒光燈用的SrB4O7:Eu2+和作為測量高壓的光學(xué)傳感器用的SrB4O3:Sm2+等摻低價稀土離子的發(fā)光材料，從而首次提出了安全、簡便的在空氣下制備2價稀土離子發(fā)光材料的方法，而不必利用氫氣等不安全的還原性氣體。第11頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月②利用3價的稀土離子（Dy、Nd、Ho、Er）不等價取代摻有Eu2+的堿土鋁酸鹽中的二價堿土離子時，產(chǎn)生深度合適的陷阱，使俘獲在陷阱中的電子或空穴緩慢地傳遞給激活離子Eu2+，從而制得稀土發(fā)光材料。第12頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月四、材料設(shè)計簡介1、材料設(shè)計的目的和范圍材料設(shè)計的目的是按指定性能指標(biāo)出發(fā)，確定材料成分或相的組合，按生產(chǎn)要求設(shè)計最佳的制備方法和工藝流程，以制得合乎要求的各種材料。材料設(shè)計有兩方面的含義：①從制定目標(biāo)處罰規(guī)定材料性能，并提出制備方法②新材料開發(fā)、新效應(yīng)、性功能研究的指導(dǎo)原理。第13頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月2、材料設(shè)計的主要內(nèi)容（1）材料結(jié)構(gòu)性能關(guān)系的研究設(shè)計物質(zhì)的固有性能是材料使用的基本依據(jù)。物質(zhì)固有性質(zhì)大都取決于物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)、原子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)。原則可用固體物理、量子化學(xué)、分子動力學(xué)及計算機模擬等方法進(jìn)行預(yù)測和計算，因而構(gòu)成了材料的結(jié)構(gòu)性能關(guān)系的研究設(shè)計。第14頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）材料使用性能預(yù)測設(shè)計材料的使用性能雖非材料物質(zhì)所固有，但材料一旦實際應(yīng)用后其使用過程變化（疲勞斷裂、抗輻射、腐蝕等）往往是材料應(yīng)用成敗的關(guān)鍵，利用人工智能或計算機模擬方法預(yù)報使用性能及改進(jìn)方法，是材料設(shè)計的重要內(nèi)容。（3）材料成分結(jié)構(gòu)研究設(shè)計材料的結(jié)構(gòu)尺寸分成不同的層次。最基本的且十分重要的仍是原子-電子層次，其次是以大量原子、電子運動為基礎(chǔ)的微觀或顯微結(jié)構(gòu)，材料的成分和結(jié)構(gòu)是材料的中心環(huán)節(jié)。因此，只有弄清成分、結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系，才能使按指定性能設(shè)計材料的成分和結(jié)構(gòu)。第15頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月4.材料的制備和加工的設(shè)計材料的制備與加工是實現(xiàn)材料設(shè)計目標(biāo)最重要的手段，也是材料設(shè)計的重點。

本節(jié)結(jié)束第16頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月第六節(jié)稀土材料合成技術(shù)一、溶液合成法a）質(zhì)子溶劑和非質(zhì)子溶劑b）溶劑蒸發(fā)法c）化學(xué)沉淀法①直接沉淀法②共沉淀③均勻沉淀法④多元醇沉淀法第17頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月⑤沉淀轉(zhuǎn)化法⑥溶劑吸取沉淀法d）醇鹽法二、溶膠－凝膠法基本過程：原料－活性單體－溶膠－凝膠－無機材料三、水熱法合成水解聚合凝膠化干燥、熱處理第18頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月水熱合成法：在高溫高壓下在溶液或氣體等流體中合成化學(xué)沉淀法：將沉淀劑加入到金屬鹽溶液中，沉淀后進(jìn)行熱處理得到納米材料。沉淀的形式包括1）直接沉淀、2）共沉淀、3）均一沉淀法等。第19頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月四、自蔓延高溫合成法（SHS）利用反應(yīng)物之間高的化學(xué)熱的自加熱和自身傳導(dǎo)作用來合成材料的一種技術(shù)。特點：①合成反應(yīng)溫度高②活性大③產(chǎn)品純度高④工藝簡單第20頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月自蔓延燃燒技術(shù)的原理SHS技術(shù)是基于放熱化學(xué)反應(yīng)的基本原理，利用外部能量誘發(fā)局部化學(xué)反應(yīng)(點燃)，形成化學(xué)反應(yīng)前沿(燃燒波)，此后，化學(xué)反應(yīng)在自身放熱的支持下繼續(xù)進(jìn)行，表現(xiàn)為燃燒波蔓延至整個體系，最后合成所需的材料。這是一種高放熱反應(yīng)，參與反應(yīng)的物質(zhì)一般在固—固，固—氣介質(zhì)中進(jìn)行，但最終產(chǎn)物一般是固態(tài)。其主要特征是反應(yīng)只需局部點火引發(fā)燃燒波，并使其在原料中傳播以實現(xiàn)系統(tǒng)的合成過程。反應(yīng)過程如圖1所示第21頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月第22頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月自蔓延反應(yīng)形式主要有兩種:

直接合成法和Mg熱、A1熱合成法。

直接合成法是兩種或兩種以上反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)直接合成產(chǎn)物，而無需中間反應(yīng)。但該方法一般需要特制的反應(yīng)器，設(shè)備復(fù)雜，多用于粉末冶金領(lǐng)域中制取難熔的金屬間化合物和金屬基陶瓷等。

Mg熱、A1熱合成法是采用活撥金屬首先把金屬或非金屬元素從其氧化物中還原出來，之后通過還原出的元素之間的相互反應(yīng)來合成所需的化合物。

第23頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月SHS技術(shù)與其他技術(shù)相比的優(yōu)點在于:(1)節(jié)省時間，充分利用能源；(2)所需要的設(shè)備、工藝簡單:

第24頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)產(chǎn)品純度高(因為自蔓延燃燒能產(chǎn)生高溫，使某些不純物質(zhì)蒸發(fā)掉了)，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率接近100%；(4)不僅能生產(chǎn)粉末，如果同時施加壓力，還可以得到高密度的燃燒產(chǎn)品；(5)產(chǎn)量高(因為反應(yīng)速度快)；(6)可以擴大生產(chǎn)規(guī)模，從實驗室走向生產(chǎn)所需時間短，而且大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)于實驗室生產(chǎn)的產(chǎn)品；(7)能夠生產(chǎn)新產(chǎn)品，例如立方氮化鉭；(8)燃燒過程中，材料經(jīng)歷了很大的溫度變化，非常高的加熱和冷卻速率使生產(chǎn)物中缺陷和非平衡相比較集中，因此某些產(chǎn)物比用傳統(tǒng)方法制造的產(chǎn)物更具有活性，例如更容易燒結(jié)；(9)可以制造某些非化學(xué)計量比的產(chǎn)品，中間產(chǎn)物以及亞穩(wěn)相等。第25頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月自蔓延燃燒技術(shù)的應(yīng)用

到目前為止，世界各國都投入了大量的人力物力研究SHS技術(shù)的應(yīng)用，并取得了令人矚目的成就，合成了包括碳化物、氮化物、硼化物、硅化物、硫化物、氫化物、磷化物、氧化物和復(fù)合氧化物、復(fù)合物、有機物等500多種物質(zhì)。

第26頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月SHS技術(shù)主要有以下的應(yīng)用:(1)可用來制備粉體，產(chǎn)物多為多孔狀，粉碎后即可獲得陶瓷粉體、復(fù)合粉體、金屬間化合物粉體等;(2)用于燒結(jié)，利用高溫的持續(xù)時間可進(jìn)行一定的燒結(jié);(3)合成催化劑;(4)將SHS過程同燒結(jié)、熱壓等工藝結(jié)合起來，發(fā)揮各自優(yōu)點，可直接制造陶瓷、金屬陶瓷等致密件；(5)利用SHS技術(shù)對耐熱金屬或合金、金屬間化和物、氧化物和非氧化物陶瓷等同種或異種材料之間的焊接;(6)用于顏料和涂層。

第27頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月SHS應(yīng)用工藝有：①SHS制粉1）化合法2）還原－化合法②SHS燒結(jié)③SHS致密化技術(shù)④SHS鑄造技術(shù)⑤SHS焊接技術(shù)⑥SHS涂層技術(shù)⑦“化學(xué)爐”技術(shù)⑧熱爆技術(shù)第28頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月五、化學(xué)氣相沉積法采用與物理氣相沉積法（PVD）相同的加熱源，將原料（金屬氧化物、氫氧化物、金屬醇鹽等）轉(zhuǎn)化為氣相，再通過化學(xué)反應(yīng)，成核生長得到納米粒子；

化學(xué)氣相沉積(CVD)是半導(dǎo)體工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的用來沉積多種材料的技術(shù)，包括大范圍的絕緣材料，大多數(shù)金屬材料和金屬合金材料。從理論上來說，它是很簡單的：兩種或兩種以上的氣態(tài)原材料導(dǎo)入到一個反應(yīng)室內(nèi)，然后他們相互之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一種新的材料，沉積到晶片表面上。淀積氮化硅膜(Si3N4)就是一個很好的例子，它是由硅烷和氮反應(yīng)形成的。

第29頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月納米材料的制備方法納米粒子的制備方法很多，可分為

物理方法和化學(xué)方法

a）物理方法

1.真空冷凝法

用真空蒸發(fā)、加熱、高頻感應(yīng)等方法使原料氣化或形成等粒子體，然后驟冷。其特點純度高、結(jié)晶組織好、粒度可控，但技術(shù)設(shè)備要求高。

第30頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月2.物理粉碎法

通過機械粉碎、電火花爆炸等方法得到納米粒子。其特點操作簡單、成本低，但產(chǎn)品純度低，顆粒分布不均勻。

3.機械球磨法

采用球磨方法，控制適當(dāng)?shù)臈l件得到純元素、合金或復(fù)合材料的納米粒子。其特點操作簡單、成本低，但產(chǎn)品純度低，顆粒分布不均勻。第31頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月2）化學(xué)方法

1.氣相沉積法

利用金屬化合物蒸氣的化學(xué)反應(yīng)合成納米材料。其特點產(chǎn)品純度高，粒度分布窄。

2.沉淀法

把沉淀劑加入到鹽溶液中反應(yīng)后，將沉淀熱處理得到納米材料。其特點簡單易行，但純度低，顆粒半徑大，適合制備氧化物。

第32頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月3.水熱合成法

高溫高壓下在水溶液或蒸汽等流體中合成，再經(jīng)分離和熱處理得納米粒子。其特點純度高，分散性好、粒度易控制。

4溶膠凝膠法

金屬化合物經(jīng)溶液、溶膠、凝膠而固化，再經(jīng)低溫?zé)崽幚矶杉{米粒子。其特點反應(yīng)物種多，產(chǎn)物顆粒均一，過程易控制，適于氧化物和Ⅱ～Ⅵ族化合物的制備。

5.微乳液法

兩種互不相溶的溶劑在表面活性劑的作用下形成乳液，在微泡中經(jīng)成核、聚結(jié)、團聚、熱處理后得納米粒子。其特點粒子的單分散和界面性好，Ⅱ～Ⅵ族半導(dǎo)體納米粒子多用此法制備。

第33頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月習(xí)題1）什么叫材料制備？有哪幾個特點？2）在材料制備中有幾種取代方式？其定義分別是什么？3）稀土材料的現(xiàn)代合成技術(shù)中采用的化學(xué)沉淀法，主要有幾種常見的合成方法，具體名稱為？4）簡述溶膠凝膠法的基本過程。5）什么是自蔓延高溫合成法？主要反應(yīng)有哪幾種？6）簡述自蔓延高溫合成法的主要應(yīng)用工藝。7）在納米材料的制備中，物理方法有幾種？化學(xué)方法有哪幾種？第34頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月第五章

稀土金屬及合金材料第35頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月1、稀土金屬的制備稀土金屬的生產(chǎn)又叫稀土火法冶金生產(chǎn)。稀土金屬一般分為混合稀土金屬和單一稀土金屬?；旌舷⊥两饘俚慕M成與礦石中原有的稀土成份接近，單一金屬是各稀土分離精制的金屬。以稀土氧化物（除釤、銪、鐿及銩的氧化物外）為原料用一般冶金方法很難還原成單一金屬，因其生成熱很大、穩(wěn)定性高。目前生產(chǎn)稀土金屬常用的原料是它們的氯化物和氟化物。第36頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）熔鹽電解法工業(yè)上大批量生產(chǎn)混合稀土金屬一般使用熔鹽電解法。把稀土氯化物等稀土化合物加熱熔融，然后進(jìn)行電解，在陰極上析出稀土金屬。電解法有氯化物電解和氧化物電解兩種方法。單一稀土金屬的制備方法因元素不同而異。釤、銪、鐿、銩因蒸氣壓高，不適于電解法制備，而使用還原蒸餾法。其它元素可用電解法或金屬熱還原法制備。氯化物電解是生產(chǎn)金屬最普通的方法，特別是混合稀土金屬工藝簡單，成本便宜，投資小，但最大缺點是氯氣放出，污染環(huán)境。氧化物電解沒有有害氣體放出，但成本稍高些，一般生產(chǎn)價格較高的單一稀土如釹、鐠等都用氧化物電解。第37頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月a)稀土氯化物熔鹽電解1875年，希爾倫布蘭德提出此方法。影響因素：1）熔度（堿金屬或堿土金屬的氯化物）2）電解質(zhì)體系3）電解質(zhì)的粘度、導(dǎo)電性、密度、蒸氣壓表面張力等

第38頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）真空熱還原法電解法只能制備一般工業(yè)級的稀土金屬，如要制備雜質(zhì)較低，純度高的金屬，一般用真空熱還原的方法來制取。一般是把稀土氧化物先制成氟化稀土，在真空感應(yīng)爐內(nèi)用金屬鈣進(jìn)行還原，制得粗金屬，然后再經(jīng)過重熔和蒸餾獲得較純的金屬，這一方法可以生產(chǎn)所有的單一稀土金屬，但釤、銪、鐿、銩不能用這種方法。釤、銪、鐿、銩與鈣的氧化還原電位僅使氟化稀土產(chǎn)生部分還原。一般制備這些金屬，是利用這些金屬的高蒸汽壓和鑭金屬的低蒸氣壓的原理，將這四種稀土的氧化物與鑭金屬的碎屑混合壓塊，在真空爐中進(jìn)行還原，鑭比較活潑，釤、銪、鐿、銩被鑭還原成金屬后收集在冷凝器上，與渣很容易分開。第39頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月常用的還原方法有：鈣還原稀土氟化物鈣或鋰還原稀土氯化物鑭或鈰還原稀土氧化物第40頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月2、稀土金屬粉末的制備由于金屬粉末的活潑性，一般方法（機械制粉、還原劑法等）都難以獲得。采用氫化－脫氫法制備粉末

300-400℃惰性氣體稀土金屬－－－－稀土氫化物－－－－－粉碎1x105Pa還原氣氛第41頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月3、稀土金屬的提純在工業(yè)上，稀土提純常采用真空熔煉法、真空蒸餾法、區(qū)域熔煉法、電遷移法、懸浮區(qū)熔－電遷移聯(lián)合法、電解精煉法熔鹽萃取法。第42頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月1）真空蒸餾法基本原理：利用某些稀土金屬蒸氣壓高的特點，在高溫高真空下蒸餾，使稀土與雜質(zhì)分離，從而達(dá)到分離的目的。蒸餾過程可以由升華或蒸發(fā)形式來完成。特點：投資小、收益率高、提純效果明顯。例如：制備金屬鏑、鋱第43頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月2）電遷移法基本原理：電遷移法也稱為電傳輸法或固態(tài)電解法。是基于溶解在固體（液體）導(dǎo)體中的原子在直流電場的作用下能夠有序的遷移。方式：將待處理的稀土置于兩個電極之間，再施加直流電，使雜質(zhì)向一端遷移，另一端的稀土純度得到提高。多次反復(fù)。

特點：設(shè)備簡單。

不足：提純周期長、產(chǎn)率低、能耗高。例如：制備金屬鈰第44頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月3)區(qū)域熔煉法采用套筒電熱提純金屬的方法。即在含有雜質(zhì)的稀土金屬錠前端進(jìn)入，中段電熱，后端出料，

原理，經(jīng)過電熱段時，熔點低的物質(zhì)在最前方，熔點高的物質(zhì)在最后方，取中間段物質(zhì)重新回爐加工，多次取舍之后，最高可獲得純度99.99％以上的純品，

特點：設(shè)備簡單。提純效率高例如：制備金屬鑭、鈰、釓、鋱第45頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月4)電解精煉法基本原理：將稀土金屬在一定的熔鹽體系中經(jīng)電解除去雜質(zhì)提純的方法。

特點：提純金屬周期短，效果明顯。例如：制備金屬釓第46頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月5）懸浮區(qū)熔－電遷移聯(lián)合法基本原理：在一個金屬試棒上同時進(jìn)行區(qū)域熔煉和電遷移提純。該方法利用區(qū)域提純?nèi)コ饘僦械碾s質(zhì)和電遷移中去除稀土金屬中的氧等氣體雜質(zhì)效果顯著的特點。

特點：能縮短提純周期，提高效率。第47頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月6）熔鹽萃取法基本原理：稀土金屬在高溫下與某些熔鹽接觸混合，改變金屬中O、N、H等雜質(zhì)在金屬與熔鹽之間的配分，達(dá)到除去氣體雜質(zhì)的目的。第48頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬提純的要點：1）必須在惰性氣體或真空中進(jìn)行還原。要注意盛裝的金屬容器對產(chǎn)品的污染。2）在提純金屬時，要盡量選用含有雜質(zhì)較少的金屬去提純。3）選用任何一種方法，提純效果都是有限的?？梢钥紤]綜合采用多種方法連用。第49頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月4、稀土金屬的機械性能1）稀土金屬的硬度2）稀土金屬的強度和塑性3）稀土金屬的加工性能鑄造性、鍛壓性、焊接性、切削加工性第50頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月5)稀土合金材料1、混合稀土金屬是指稀土金屬總量不低于98％的稀土合金。應(yīng)用于鋼鐵和有色金屬工業(yè)中。2、稀土在鋼鐵中的應(yīng)用凈化鋼液、變質(zhì)作用、細(xì)化晶粒、微合金化、抗氫脆致應(yīng)力腐蝕第51頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月A）凈化作用凈化作用：鋼中加入稀土，可以置換鋼中可能生成的硫化錳、氧化鋁和硅鋁酸鹽夾雜物中的氧與硫，形成稀土化合物。這些化合物中有部分從鋼液中上浮進(jìn)入渣中，從而使鋼液中的夾雜物減少，鋼液得到凈化，這就是稀土對鋼的凈化作用。

第52頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)化組織：由于稀土在鋼中同夾雜物反應(yīng)生成的稀土化合物熔點較高，在鋼液凝固前析出，這些細(xì)小的質(zhì)點，可作為非均質(zhì)形核中心，降低結(jié)晶過程的過冷度，因此，不但可以減少偏析還可細(xì)化鋼的凝固組織。

對夾雜物的形態(tài)控制：鋼中加入稀土后，硫化錳將被在高溫塑性變形能力較小的稀土氧化物或硫化物取代，這些化合物在軋制過程中不隨鋼一起變形，仍保持為球狀，它們對鋼的機械性能影響較小，所以鋼中加入稀土可以提高鋼的韌性，改善鋼的抗疲勞性能。第53頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月我國主要稀土鋼種我國稀土處理鋼有80多個牌號，年生產(chǎn)總量60萬噸。

第54頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月稀土在鑄鐵中的應(yīng)用

鑄鐵是高碳硅鐵合金的通稱，其碳含量在1.8～4.5之間，鑄鐵以碳在合金中的分布狀態(tài)可分為灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、珠光體鑄鐵、可鍛鑄鐵和白口鐵。我國從60年代中期開始研究稀土與鐵的作用機理和處理工藝，先后解決了稀土球化劑、孕育劑的冶煉制備、稀土加入方法等問題。目前稀土處理的鑄鐵主要分三大類：球鐵件、蠕鐵件和高強灰鑄鐵件以及稀土處理的合金鑄鐵件。第55頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月稀土加入鑄鐵中的主要作用

變質(zhì)作用：突出表現(xiàn)為使片狀石墨變成球狀石墨。石墨球化可以減少應(yīng)力集中，并細(xì)化鑄態(tài)組織，改善非金屬夾雜物的形狀和分布，有利于材質(zhì)性能的提高，因而稀土球鐵具有高于灰鑄鐵的機械性能，其抗震性、耐磨性和切削加工性能比鋼還好。第56頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月凈化作用：鐵水中經(jīng)常含有氧、硫等有害雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會使鑄件產(chǎn)生氣孔、裂縫，并形成夾渣，使材質(zhì)的強度、韌性和塑性降低。而稀土元素與硫、氧的結(jié)合能力強，生成難熔化合物，在鐵水中能起脫硫除氧作用。同時稀土還能消除鐵水中有害元素如Pb、Zn、Bi等的不良影響。

改善鑄造性能：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。

第57頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月球墨鑄鐵1947年英國H.Morrogh發(fā)現(xiàn)，在過共晶灰口鑄鐵中附加鈰，使其含量在0.02wt%以上時，石墨呈球狀。1948年美國A.P.Ganganebin等人研究指出，在鑄鐵中添加鎂，隨后用硅鐵孕育，當(dāng)殘余鎂量大于0.04wt%時，得到球狀石墨。從此以后，球墨鑄鐵開始了大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。

第58頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月蠕墨鑄鐵

蠕墨鑄鐵兼有球墨鑄鐵和灰鑄鐵的性能，因此，它具有獨特的用途，在鋼錠模、汽車發(fā)動機、排氣管、玻璃模具、柴油機缸蓋、制動零件等方面的應(yīng)用均取得了良好的效果。我國制作蠕墨鑄鐵所用的蠕化劑中均含有稀土元素，如稀土硅鐵鎂合金、稀土硅鐵合金、稀土硅鈣合金、稀土鋅鎂硅鐵合金等。由此，形成了適合國情的蠕化劑系列。第59頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月灰鑄鐵

在灰鑄鐵中加入稀土，即采用稀土孕育劑，已在生產(chǎn)上日益推廣應(yīng)用。由于稀土孕育劑具有較強的抗衰退、降低白口、改善斷面均勻性、提高鑄件力學(xué)性能、耐磨性、致密性和耐壓性等多種功能稀土對亞共晶、共晶和過共晶鑄鐵的組織和性能均有良好的影響，可使共晶團數(shù)明顯增多；稀土加入量與抗拉強度之間存在著雙峰值效應(yīng)，微量稀土有很強的消除白口的能力，但加入量過大反而促進(jìn)白口的生成第60頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月稀土在有色金屬中的應(yīng)用（1）稀土在鋁電線、電纜中的應(yīng)用

目前我國的稀土鋁導(dǎo)線主要有高強度稀土鋁合金電纜，成份為Al-Mg-Si-RE，用于高壓輸電線路，它的抗拉強度達(dá)到26ｋg/mm2，弧垂性能和彎曲性能好，使用壽命長。高導(dǎo)電鋁電線，成份為Al-RE，稀土的加入量為0.15～0.3%。在較高溫度下（＜150℃）使用的高導(dǎo)電稀土鋁導(dǎo)線其成份為Al-Zr-RE，其載流量為純鋁線的1.6～2.0倍，用作大電流導(dǎo)線第61頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）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。

第62頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）稀土鋅鋁熱鍍合金

為防止鋼材腐蝕，通常用Zn-Al熱鍍合金（Galfan）比鍍鋅具有更好的加工成形性和耐腐蝕性，但鋅耗較高，耐蝕性也有待改善。近年Zn-Al-Mg-RE熱鍍合金開發(fā)成功并投入生產(chǎn)。這種稀土熱鍍合金的流動性、耐蝕性、鍍層的形成性能都優(yōu)于鋅和Zn-Al合金。第63頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）稀土銅耐磨合金

一般軸瓦材料用錫青銅（即巴氏合金），但價格較貴。稀土耐磨鉛青銅合金（RPH）的使用壽命是巴氏合金的1.5倍，而噸成本比后者又降低了5000～6000元。目前已在紡織機械中使用。第64頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月（5）稀土硬質(zhì)合金

硬質(zhì)合金用于金屬切削、鉆頭、模具等方面，其硬度