| 单词 | 钇的应用 |
| 释义 | 【钇的应用】 拼译：application of yttrium 钇的应用范围很广，主要表现在以下方面： 钇在超导材料方面的应用 自1986年谬勒与柏诺兹在氧化物陶瓷中寻找高Tc超导体获得成功以来，国际科学界相继发现钇系(YBa2Cu3O7－x)及其它系高Tc超导化合物，其中钇系材料为母体的含稀土超导化合物研究首先得到发展。1987年2月，Y-Ba-Cu-O的临界温度达到93K。Y-Ba-Cu-O的临界电流密度较高，这与晶格中的氧含量及晶间现象有关。已发现外磁场为零、YBCO单晶的Jc约为100×104A／cm2，而烧结的多晶态体样品只有1000A／cm2(77K)。外延沉积的单晶薄膜Jc明显高于体材料，已制成在77K和零磁场下Jc为4×106A／cm2的薄膜，用熔融织构生长技术已将多晶态体材料的Jc提高到17000A／cm2(零磁场)，钇系超导线材的Jc已达到4140A／cm2的水平(杨遇春，1990)。1989年日本研制出的1－2－4型钇系超导氧化物显示出很高的稳定性，在800～900K温度下的热处理中，氧的含量保持稳定。这种材料是在1－2－4化合物中有10%钇由钙取代而制得的，其临界温度为90K，比原来的1－2－4型化合物高10K。这种材料中氧的稳定性极好，因此可用比银价廉的铜作生产超导线材的稳定基材。钇在结构陶瓷中的应用 高级结构陶瓷在热机、切割刀具、耐磨零件、热交换器、铠甲和传感器等应用中越来越受到注意，其中氧化锆、氮化硅和硅铝氧氮等应用稀土氧化物，特别是Y2O3的结构陶瓷，由于能制造陶瓷发动机而对汽车制造业产生了极大的引诱力。要是在部分稳定ZrO2内加入一定量的Y2O3(或MgO)，使大部分ZrO2呈稳定的立方结构，同时在结构中保留少部分不稳定的四方相。四方ZrO2多晶(TZP)的重要组成是稀土氧化物、氧化钇基ZrO2(Y-TZP)都具有突出的断裂韧性值。PSZ一般需要加入3%～8%Y2O3，Y-TZP通常含2g分子%Y2O3。氧一气体传感器利用掺钇ZrO2的离子导电能力，通过O2－在空位中的运动来测氧，但使用温度过高，限于测定钢水中的氧。当前用途最大的是掺钇ZrO2氧传感器，美国汽车业鉴于环保法对CO、CH4和N2O有严格规定，已在汽车上安装掺钇ZrO2传感器，用来控制空气燃料(A／F)比。ZrO2传感器使用寿命已达8万km。钇在耐火材料方面的应用 含氧化钇的坩埚用于真空和惰性气体焙烧活性金属，例如钛。氧化钇用来保护在恶劣工作条件下的主要耐火材料(通常是二氧化锆；张康宁，1990)。钇在发光材料方面的应用 稀土元素因其4f电子具有众多能发射可见光的能级而堪称理想的荧光材料。稀土荧光粉主要用于彩色电视、荧光灯、X－射线仪器以及多种多样的检测和显示器件。阴极射线管(CRT)用的红粉为Y2O2S：Eu或Y2O3：Eu，蓝粉和绿粉均为ZnS。CRT正在向大型化和高清晰度发展。投影式彩电采用的荧光粉组合是Y2O3：Eu3+(红)、Gd2O2S：Tb3+(绿)和ZnS；Ag(蓝)，因此绿粉以选用Y3Al5O：Tb3+或Y2SiO5：Tb3+为宜。现正研究用于全色阴极射线管的复合场致发光荧光(Y2O3：Eu与ZnS交替沉积的多层薄膜)体。场致发光薄膜工艺将使电视不需要电子枪，可生产能够悬挂在墙壁上的薄型平板电视。含稀土的场致发光薄膜能使印刷具有极高的清晰度，美国目前正在开发这种印刷机。钇在激光材料方面的应用 由于国际上出现的高技术竞争，稀土激光晶体的研制与开发进展很快。已有300余种掺入激光离子(稀土或过渡金属)的氧化物和氟化物晶体实现了激光振荡。其中相当部分的组成中都使用了稀土。稀土激光晶体中应用最广泛的是掺Nd钇铝石榴石(Nd3－：YAG)，Nd3+：YAG在技术上很重要，用直拉法已制出最大直径约10mm、长150mm的激光棒，用垂直凝固法制出了直径75mm的Nd3+：YAG晶体。用直拉法还拉制出了Er：YAG、Ti3+：YAlO3、YLiF(YLF)等激光晶体，其中Nd，Cr：GSGG(N3+，Cr3+：Gd3SC2Ga3O12)以5个“9”的钆、钪、镓的氧化物(允许杂质含量：Ca300ppmwt，K100ppmwt)为原料已制出直径130mm、长100mm的晶坨，适于制造1000W高平均输出的板条激光器，可与CO2激光器在金属加工方面竞争，并计划用于核聚变研究和星球大战计划。Er：钇铝石榴石(EYAG)能产生1．78和1．64μm两种对人眼安全的波长，是红外光纤的理想光源，在军事及通信、大气污染监测、医疗等方面具有广阔的应用前景。美、日及西欧都大力开发对该种晶体的应用研究。钇在高性能合金中的应用 美国INCO公司生产的IN853合金(镍铬铝钛氧化钇碳锆)，在温度高达2200F时有高的抗氧化能力、良好的抗渗碳和抗氯腐蚀能力。这种合金多用在陶瓷焙烧窑支架系统、辊底式加热炉与马弗炉部件，以及用在多条退火炉的管道和燃气轮机上的过热部位。美INCO和通用电气公司最近研制出3种氧化物弥散强化合金。这些高性能合金的特点就是在镍基或铁基合金的基体上有弥散的氧化钇相，所以可用来制造F404发动机的叶片。钇在高温涂层方面的应用 (1)金属涂层。为解决在高温侵蚀性环境内工作的涡轮零件的寿命问题，美国在20世纪60年代末开始采用MCrAlY(M=Fe、Co、Ni)包覆层，由于加入0．1%～0．9%的Y，使热循环过程中脱落Al2O3鳞皮的问题得到改善。直到80年代一直采用电子束蒸发法涂覆这种包覆层，估计到90年代中期航空发动机中仍使用这种涂层，但涂层方法可能采用更有竞争力的低压等离子体喷涂。(2)陶瓷涂层。20世纪70年代出现了所谓隔热涂层，涂层由金属粘结层和上层的陶瓷涂层组成，主要是为了延长燃气涡轮燃烧零件的寿命。美国在这种双层结构中，上层使用部分稳定氧化锆(ZrO·8Y2O3)，粘结层使用MCrAlY(如Ni－22Cr－10Al－1Y)，可将超合金工作温度提高到1000～1150℃。1986年美国在飞机发动机的气冷叶片、轮叶和燃烧器上采用了等离子喷涂双层系统，粘结层使用MCrAlY(M=Ni，Co，Fe)，上层为ZrO2－Y2O3，使涡轮零件的寿命延长一倍，这项技术已在飞机上使用。钇在致冷技术中的应用 1976年美国布朗选用钇作为磁致冷材料，成功地得到了－25℃的低温，目前正在进行实际应用磁致冷冻机设计。磁冷冻可以实现低噪音，低振动，还可以实现小型、轻量化和自动控制。磁致冷技术的基本原理就是稀土(钇、镝、钬、铒及其合金)材料的电子排列整齐，在此过程中伴随有吸热和放热的物理现象发生。直观地说，稀土磁致冷材料在强磁场中，被高温磁化，磁化产生的磁化热传递给吸热体。然后在弱磁场中，磁致冷材料被绝热退磁、温度下降，这时热源的热又传给磁致冷材料并达到平衡，如此周而复始地作用而达到致冷的目的。钇在航空航天工业上的应用 氧化钇稳定的铂正试验用于空间站辅助推进装置。尽管纯铂有极好抗腐蚀性和抗高温氧化性，但在这方面使用强度不够。铂铑合金强度较大，但在温度超过1200℃的二氧化碳气氛中，生成一种挥发性羰基铑化合物，使合金强度变小。用0．6%Y2O3稳定的铂在温度1300℃，有二氧化碳、氢和氨存在下进行了试验，以便将来用于电阻加热电离、发动机的加热器上。试验后测量质量损失表明：由氧化钇稳定的铂最低寿命为10万h，是空间应用要求寿命的10倍。钇在钢铁工业中的应用 铬铝钇不锈钢(铬15%～22%，铝4%～5%和钇0．5%～4%)称为费克拉洛伊合金钢。美国通用电气公司最初开发这种钢用于核工业，后来英国用于核反应堆，最后美国工业部化学和矿物设备局用于非核工业。这种钢能承受1500℃，而且陶瓷的可达1800℃，这种含钇的不锈钢可用于尾气净化器基底。钇在医学方面的应用 铒－钇铝石榴石激光器能大大提高体外受精的成功率。据报导，澳大利亚专家用上述仪器的激光在卵子上打一个小孔，使其受精。因其射线在红外线的范围之内，不会“烧坏”卵子，也不会对卵子产生不良影响，所以能提高人体外受精的成功率。由氧化钇稳定的氧化锆陶瓷开始用来代替氧化铝及其他金属作为人工髋骨。由于这种材料经久耐用，一经置入原来保留的骨骼中，就无须再更换。由于高技术产业的兴起，推动了稀土工业走向高科技新技术化，要求不断推出新材料、新产品和新功能，因此世界各国为保持稀土产品，特别是钇产品在国际市场的竞争力，都在积极参与高科技市场的开拓，努力发展新材料。稀土元素钇已成为高技术领域中不可缺少的元素，它的用途越来越广泛，用量也越来越大，其发展前景非常广阔。(北京有色金属研究总院刘世友副教授撰) |
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