稀土材料的应用现状与展望

稀土元素独特的电子层结构及物理化学性质，为稀土元素的广泛应用提供了基础。稀土元素具有独特的4f电子结构、大的原子磁矩、很强的自旋耦合等特性，与其他元素形成稀土配合物时，配位数可在6～12之间变化，并且稀土化合物的晶体结构也是多种多样的，致使稀土元素及其化合物无论是在传统材料领域还是高技术新材料领域都有着极为广泛的应用。使用了稀土的传统材料和新材料已深入到国民经济和现代科学技术的各个领域，并有力地促进了这些领域的发展。

稀土材料最早的应用是在1886年人们用硝酸钍加入少量稀土作白炽灯罩开始。1902—1920年间先后将稀土应用在打火石、电弧灯上的炭精棒以及玻璃着色方面，并取得很好的效果。但由于稀土价格昂贵，故用量极少。直到20世纪60年代以后，稀土分离技术，尤其是溶剂萃取和离子交换分离单一稀土技术的发展以及稀土基础科学和应用科学的深入研究，大幅度降低了稀土的价格，并迅速扩大了稀土应用的领域。人们研究开发了许多新的稀土材料，并使稀土从传统的应用领域发展到高新技术领域。为适应新的经济增长的需要，人们相继研究出高纯稀土金属（图1.4）、合金及高纯稀土化合物材料。20世纪60年代以来，稀土材料应用中起重大作用的技术有：1962年发现稀土催化裂化分子筛，用于石油工业；1963—1964年发现稀土红色荧光粉用于彩色电视，稀土钴合金用于永磁材料；钇铁石榴石铁氧体（YIG）用于雷达环行器；钇铝石榴石（YAG）激光晶体用于激光器；1971—1972年将稀土金属及合金用于高强度低合金钢，以制造大口径天然气和石油输运管道；1986年J.D.Bednorz和K.A.Mnller在Ba-La-Cu-O体系中观察到起始转变温度为35K的超导现象，1987年中国科学院获得了液氮温区的钡钇铜氧化物超导体，接着国内外许多科学家的出色工作使稀土超导材料研究向纵深发展。进入20世纪90年代以来，稀土在新材料领域中的应用得到迅猛发展，并有力地推动着当代国民经济和科学技术的发展。

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图1.4　稀土金属

据统计，目前世界稀土消费总量的70%左右是用于材料方面。稀土材料应用遍及了国民经济中的冶金、机械、石油、化工、玻璃、陶瓷、轻工、纺织、电子、光学、磁学、生物、医学、航空航天和原子能工业以及现代技术的各大领域的30多个行业。稀土元素在各领域的用途比例如图1.5所示。