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釹是當今稀土元素家族中最為顯赫的成員。20年前,永磁之王—釹鐵硼永磁材料的誕生,使釹一下子身價百倍。氧化釹和金屬釹已成為左右稀土市場、刺激稀土產業迅猛發展的強大拉力,至今勢頭不衰。 “釹” (Neodymium)在自然界中存量豐富,其地殼中豐度僅次于鈰,居稀土元素中第二位。但由于他難以同鐠分離,直到有了離子交換和溶劑萃取提純技術,才使人們對他的本征性質及用途得以深入研究了解,并實現產業化。在稀土應用領域中他是后起之秀,但卻是稀土家族中最多才多藝的一員,對推動稀土產業發展,尤其是促進稀土在高新技術領域中的應用,發揮著極為重要的作用。
在釹鐵硼永磁體問世之前,釹的應用遠不如鈰,主要以混合輕稀土金屬的形式用作鋼鐵和有色金屬添加劑、石油煉制和化工催化劑等。但到1983年,由于釹鐵硼永磁體的問世,使釹的身價倍增,一躍成為稀土家族中最顯赫的成員。釹鐵硼的誕生引起國際磁學界的轟動,稱這一發現是磁學領域一大突破,被列為當年世界十項重大科技成果之一。由此,永磁材料也成為釹的最大用戶。
釹鐵硼永磁材料是目前世界上磁性最強的永磁材料,其磁能積比廣泛應用的鐵氧體高十倍,比第一代、第二代稀土磁體(釤鈷永磁)高約一倍,被譽為“永磁之王”。用他代替其他永磁材料,可使器件的體積和重量成倍下降。由于釹資源豐富,與釤鈷永磁相比,以鐵取代了昂貴的鈷,使產品物美價廉,從而獲得了極為廣泛的應用。目前主要應用領域有:永磁電動機、發電機、核磁共振成像儀、磁選機、音響揚聲器、磁力傳動、磁力起重、儀器儀表、液體磁化、磁療設備等等,已成為汽車制造、通用機械、電子信息產業和尖端技術不可缺少的功能材料。20多年來,釹鐵硼生產和使用量的年增長率始終保持在兩位數。進入本世紀,我國釹鐵硼永磁材料產量超過日本,成為世界第一大生產國。2004年我國釹鐵硼永磁材料產量從2003年的15000噸猛增到26890噸,同比增長近80%,成為消費增長最快的稀土功能材料。
為適應電子產品輕、薄、短、小的發展要求,燒結釹鐵硼和粘結釹鐵硼磁體的發展都很快。1987年才開始商品化的各向同性粘結釹鐵硼磁體,主要用在HDD(計算機磁盤)、FDD(軟驅)、CD-ROM、DVD-ROM及家電中的微型直流主軸電機和步進電機中。對于性能更好、應用潛在市場更大的各向異性釹鐵硼粘結磁體,也已開始批量生產。這類磁體將給汽車擋風玻璃雨刮驅動電機、玻璃窗升降電機、觀后鏡驅動電機、電動門鎖和電動調節座椅電機等帶來革命性變化。
隨著科學技術的發展,釹鐵硼永磁材料的性能不斷提高,應用領域不斷擴大。高磁能積(50兆高奧≈400kJ/m3)、高矯頑力(28EH、32EH)和高使用溫度(240C)的燒結釹鐵硼已產業化生產。目前正在積極探索的納米復合雙相稀土永磁,其最大磁能積有望達到800kJ/m3(≈100兆高奧),一旦技術成熟實現生產化,必將引發電子信息材料產業的又一場革命。
釹還被廣泛用于激光材料,既可用作激光晶體,也可用作大功率激光玻璃。1964年發現的摻釹釔鋁石榴石晶體YAG:Nd(Y3Al5O12:Nd3 ),已成為目前最常用的固體激光材料,可用于金屬材料切割、打孔、焊接和激光手術刀等方面。用摻釹硼酸釓鋁晶體(NGAB)制造的藍色激光器屬于全固態激光器,可產生440nm藍色激,具有結構簡單、體積小、牢固耐用、價格適宜等特點,在高密度數據存儲、彩色印刷、水底通訊等諸多方面有廣泛的應用前景。我國科學家研制的高功率釹玻璃激光實驗裝置“神光1號”、“神光2號”已達國際先進水平,被成功用于激光核聚變等實驗。
釹還是玻璃和陶瓷材料的優良著色劑。用其著色的工藝美術玻璃和陶瓷,可呈淡粉、玫瑰紅、淡紫和藍紫等多種色調,色彩晶瑩亮麗,名貴高雅。尤其是具有神奇的雙色效應,在不同光源的光照下,會呈現出從玫瑰紫紅到淡藍紫色的不同變化。釹還能用于功能陶瓷,如鍶鉍釹鈦氧化物可用作微波陶瓷。
釹對許多有色金屬材料有良好的凈化、變質和合金化作。在鎂或鋁合金中添加1.5~2.5%釹,可提高合金的高溫性能、氣密性和耐腐蝕性,廣泛用作航空航天材料。把釹鋁合金(釹含量5~-10%)用于液晶顯示屏,可使成象平面不發黃。釹化合物還被用于光纖材料,如摻辛酸釹的聚合物光纖,可克服摻稀土聚合物光纖中稀土離子相容性差的問題,光學性能穩定,光通訊窗口在650nm,在全光通信、醫學、傳感器和光譜學領域將有十分重要的應用。
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