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稀土材料稀土在功能陶瓷新材料中的应用及市场前景来源: 本站原创日期: 2009-01-16 加入收藏一、稀土与功能陶瓷稀土,是包括 15 个镧系元素和钪、钇共 17 个金属元素的总称。稀土元素自 18 世纪末相继被人们发现以来, 已在冶金、陶瓷、玻璃、石化、印染、农林等行业得到广泛应用。随着科学技术的进步, 稀土的应用范围不断扩大。特别是近 20 余年来,稀土在高新技术领域的应用得到了迅猛发展。稀土在功能陶瓷中的应用, 就是其中的一个重要方面。功能陶瓷,是 20 世纪特别是第二次世界大战以后随着电子信息、自动控制、传感技术、生物工程、环境科学等领域的发展而开发形成的新型陶瓷材料, 它可利用电、磁、声、光、热、力等直接效应及耦合效应所提供的一种或多种性质来实现某种使用功能。因功能陶瓷的品种类型繁多, 性能特点丰富且适用面广, 现已在电器装置、信号处理、传感计测、半导体元件、超导材料等方面得到广泛应用, 倍受相关材料研究人员和生产者们的普遍关注。稀土与功能陶瓷有着密切的关系。众所周知的超导陶瓷中大部分都含有稀土, 如钇钡铜氧( YBCO ) 就是一种具有优良高温超导性的氧化物陶瓷,它可将所需的环境工作温度由低温超导材料的液氦区( Tc= )提高到液氮区( Tc=77K )以上,极大地提升了超导材料的实用价值。同时,在许多功能陶瓷的原料中掺加一定的稀土元素, 不但可改善陶瓷的烧结性、致密度、强度等, 更重要的是可使其特有的功能效应得到显著提高。二、稀土在功能陶瓷中的应用 1 .在超导陶瓷中的应用自 1987 年中、日、美等国材料科学家发现氧化物陶瓷钇钡铜氧( YBCO ) 具有优良的高温超导性( Tc 高达 92K ) 以来, 人们在稀土高温超导陶瓷的性能研究及应用开发方面做了大量工作, 并取得了许多重大进展,日本已有研究表明,用 Nd、 Sm、 Eu、 Gd 等轻稀土( Ln) 取代 YBCO 中的 Y 后,所得超导陶瓷材料 LnBCO 的临界磁场强度显著提高, 磁通钉扎力也大为增强, 在电力、储能和运输等方面极具实用价值。如经一定生产工艺所制得的 LnBCO 块材,能在 77K 捕集大于 10T 的磁场,可代替 Nd-Ti 用作磁悬浮列车的磁体。北京大学以 ZrO2 为衬底并加热至约 200 ℃, 分别将 Y( 或其它稀土)、 Ba 的氧化物和 Cu 分层蒸发在衬底上进行扩散处理, 并于 800 ~ 900 ℃温度区间热处理, 所制得的超导陶瓷在 100K 以上表现出具有良好的金属性电阻温度系数。日本鹿儿岛大学将稀土 La 掺加到 Sr、Nb 氧化物中所制成的陶瓷薄膜,在 255K 即发生超导现象。 2. 在压电陶瓷中的应用钛酸铅( PbTiO3 )是一种典型的具备机械能- 电能耦合效应的压电陶瓷,其居里温度高( 490 ℃)、介电常数低,适于高温和高频条件下应用。但在其制备冷却过程中,因产生立方- 四方相变而易出现显微裂纹。为了解决这一问题,采用稀土对其进行改性,经 1150 ℃温度烧结后可获得相对密度为 99% 的 RE-PbTiO3 陶瓷, 显微组织得到明显改善,可用于制造在 75MHZ 的高频条件下工作的换能器阵列。分析认为, 由于稀土离子 RE3+ 的置换作用,使 PbTiO3 陶瓷介电常数减小及压电各向异性(kt/kp) 增强,特别