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稀土元素钕及其应用

发布时间:2023-04-03人气:98

 钕是当今稀土元素家族中最为显赫的成员。20年前,永磁之王—钕铁硼永磁材料的诞生,使钕一下子身价百倍。氧化钕和金属钕已成为左右稀土市场、刺激稀土产业迅猛发展的强大拉力,至今势头不衰。 “钕” (Neodymium)在自然界中存量丰富,其地壳中丰度仅次于铈,居稀土元素中第二位。但由于他难以同镨分离,直到有了离子交换和溶剂萃取提纯技术,才使人们对他的本征性质及用途得以深入研究了解,并实现产业化。在稀土应用领域中他是后起之秀,但却是稀土家族中最多才多艺的一员,对推动稀土产业发展,尤其是促进稀土在高新技术领域中的应用,发挥着极为重要的作用。

  在钕铁硼永磁体问世之前,钕的应用远不如铈,主要以混合轻稀土金属的形式用作钢铁和有色金属添加剂、石油炼制和化工催化剂等。但到1983年,由于钕铁硼永磁体的问世,使钕的身价倍增,一跃成为稀土家族中最显赫的成员。钕铁硼的诞生引起国际磁学界的轰动,称这一发现是磁学领域一大突破,被列为当年世界十项重大科技成果之一。由此,永磁材料也成为钕的最大用户。

  钕铁硼永磁材料是目前世界上磁性最强的永磁材料,其磁能积比广泛应用的铁氧体高十倍,比第一代、第二代稀土磁体(钐钴永磁)高约一倍,被誉为“永磁之王”。用他代替其他永磁材料,可使器件的体积和重量成倍下降。由于钕资源丰富,与钐钴永磁相比,以铁取代了昂贵的钴,使产品物美价廉,从而获得了极为广泛的应用。目前主要应用领域有:永磁电动机、发电机、核磁共振成像仪、磁选机、音响扬声器、磁力传动、磁力起重、仪器仪表、液体磁化、磁疗设备等等,已成为汽车制造、通用机械、电子信息产业和尖端技术不可缺少的功能材料。20多年来,钕铁硼生产和使用量的年增长率始终保持在两位数。进入本世纪,我国钕铁硼永磁材料产量超过日本,成为世界第一大生产国。2004年我国钕铁硼永磁材料产量从2003年的15000吨猛增到26890吨,同比增长近80%,成为消费增长最快的稀土功能材料。

  为适应电子产品轻、薄、短、小的发展要求,烧结钕铁硼和粘结钕铁硼磁体的发展都很快。1987年才开始商品化的各向同性粘结钕铁硼磁体,主要用在HDD(计算机磁盘)、FDD(软驱)、CD-ROM、DVD-ROM及家电中的微型直流主轴电机和步进电机中。对于性能更好、应用潜在市场更大的各向异性钕铁硼粘结磁体,也已开始批量生产。这类磁体将给汽车挡风玻璃雨刮驱动电机、玻璃窗升降电机、观后镜驱动电机、电动门锁和电动调节座椅电机等带来革命性变化。

  随着科学技术的发展,钕铁硼永磁材料的性能不断提高,应用领域不断扩大。高磁能积(50兆高奥≈400kJ/m3)、高矫顽力(28EH、32EH)和高使用温度(240C)的烧结钕铁硼已产业化生产。目前正在积极探索的纳米复合双相稀土永磁,其最大磁能积有望达到800kJ/m3(≈100兆高奥),一旦技术成熟实现生产化,必将引发电子信息材料产业的又一场革命。

  钕还被广泛用于激光材料,既可用作激光晶体,也可用作大功率激光玻璃。1964年发现的掺钕钇铝石榴石晶体YAG:Nd(Y3Al5O12:Nd3 ),已成为目前最常用的固体激光材料,可用于金属材料切割、打孔、焊接和激光手术刀等方面。用掺钕硼酸钆铝晶体(NGAB)制造的蓝色激光器属于全固态激光器,可产生440nm蓝色激,具有结构简单、体积小、牢固耐用、价格适宜等特点,在高密度数据存储、彩色印刷、水底通讯等诸多方面有广泛的应用前景。我国科学家研制的高功率钕玻璃激光实验装置“神光1号”、“神光2号”已达国际先进水平,被成功用于激光核聚变等实验。

  钕还是玻璃和陶瓷材料的优良着色剂。用其着色的工艺美术玻璃和陶瓷,可呈淡粉、玫瑰红、淡紫和蓝紫等多种色调,色彩晶莹亮丽,名贵高雅。尤其是具有神奇的双色效应,在不同光源的光照下,会呈现出从玫瑰紫红到淡蓝紫色的不同变化。钕还能用于功能陶瓷,如锶铋钕钛氧化物可用作微波陶瓷。

  钕对许多有色金属材料有良好的净化、变质和合金化作。在镁或铝合金中添加1.5~2.5%钕,可提高合金的高温性能、气密性和耐腐蚀性,广泛用作航空航天材料。把钕铝合金(钕含量5~-10%)用于液晶显示屏,可使成象平面不发黄。钕化合物还被用于光纤材料,如掺辛酸钕的聚合物光纤,可克服掺稀土聚合物光纤中稀土离子相容性差的问题,光学性能稳定,光通讯窗口在650nm,在全光通信、医学、传感器和光谱学领域将有十分重要的应用。 


 


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