稀土材料的应用及发展趋势

稀 士元素 是元 素周期 表 中 ｌ 镧 系元素 再 加 ５个 上 钪 和钇共计 １ ７个金 属元 素 的总称 。稀 土 的特 异 性 能来源 于稀土元 素具有 特异 的 ４ 电子构 型 ，ｆ ｆ ４ 电 子被 完全 填满 的外 层 ５ 和 ５ ｓ ｐ电子所 屏 蔽 ，ｆ ４ 电子 的不 同运 动 方式 使 稀 土 具有 不 同于 周期 表 中其 他 元素 的光学 、 磁学 和 电学 等物 理和化 学 特性 ； 并且 ，
ｓｏ ｔ ｉ ｌｗｅ ｅ ｉ ＇ｄ ｃ ｄ ｉ ｈｅ ｈｇｈ ｔｃ ｎｉｕｅｒ ａ ｍ． ｉｎ ｍａｅｒａ ｒ ｎｈｏ ｕ ｅ ｎ ｔ ｉ ｅ ｈ ｑ ｅ ｌ Ｋｅ ｏ ｄｓ：ａｒ ａｔ ｔｒａ ｓ ａ ｌｃ ｔｏ ｔｅ ｄ ｆｄ ｖ ｌｐｍｅ ｔ ｙｗ ｒ ｒ ｅ ｅ ｒｈ ｍａｅ ｉｌ ； ｐｐｉ ａｉｎ；ｒ ｎ ｏ ｅ ｅｏ ｎ
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学
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２ １ 年第 ５期 ０１
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文章 编号： ０ ¨ ¨） 一ｏ。。 （ ｏ ｏ 一４ ｏ一 ｏ
稀 土材料 的应用及发展趋势
述
梁小蕊 ， 江炎兰 ， 鸣宇 ， 周 李
慧
（ 军 航空 工 程 学 院 ， 海 山东 烟 台 ２ ４ ０ ６ ０ １）
种永 磁材 料 ， 比十 九世 纪使 用 的磁 钢 的磁性 能 它 高 １０多倍 ， ０ 比铁氧体 、 铝镍钻 性 能优 越得 多 ， 比昂 贵的铂钻 合金 的磁性 能还高一 倍 。稀土永磁 体经过
多元化 的 。在各 种材 料制备 和加 Ｔ］艺 中 ， 添加 稀
土元 素 可显 著提 高产 品性 能并 改善 丁艺 条件 ， 誉 被 为“ 优异 的多功能 添加 剂” 以及“ 业维 生素 ” 工 …。如 在 冶金 过程 中用稀 土 金 属 或合 金 脱 氧 、 硫 ， 净 脱 起 化和调质 作侑 。稀土金 属还能 同过渡族 金属作 用生
稀土永磁材料产量的 １ 左右都用来制造各种 ／ ３ 永磁电机 ， 稀土永磁电机不仅效率高 ， 而且结构简
收 稿 １期 ：０ ｌｎ — ｌ ３ ２ １— ３ ２
单、 运行可靠 、 体积小 、 重量轻 。它既可达到传统电 励磁电机所无法 比拟的高性能（ 如高效 、 高速、 高响
应速度 ） ，又可以制成能满足特定运行要求的特种
展 的速度 和水平 。本文将 综述报 道近几 年来 国内外
稀 土材料 的应用及 发展趋 势 。
１ 稀 土 永磁 材 料
稀 土 永 磁 材料 是 现 在 已知 的综 合性 能最 高 的
一
稀土 元素具 有较 大 的原予 磁矩 、 很强 的 自旋 轨道 耦
合等 特性 ， 与其 他 元 素形 成 稀 土 配合 物 时 ， 位 数 配 可在 ３～１ ２之 间变化 ， 土化 合物 的 晶体结 构也 是 稀
算 机外 围设 备等 。 此 外 ， 土永 磁 电 机 还具 有 运 行 精 度 高 、 行 稀 运 噪声 小 、 平稳 性好 、 过载 能力大 等特点 。将 其应用 于 计 算 机磁 盘 驱 动 器 中用 以驱 动 读 写 磁 头作 往 复 运
稀土 系贮 氢合 金 ， 它是 已经商 品化 的第 一代 贮 氢合
充 磁 后不 再 需 要 外 加 能量 就 能 建立 很 强 的永 久 磁
场 。故稀土永磁体被称 为超级磁体和 当代永磁之
王 。稀 土 Leabharlann 磁材 料 于二 十世 纪 ６ ０年代 后 期开 始发
展 ， 且平 均 每年 以 ７ ％左 右 的速 度 递增 ， 并 ０ 其增 长
速 率超过 了整 个永磁材 料 的增 长速率 。制造 稀土永 磁 材料 的稀土元 素主要 是钕 、 、 、 、 钐 镨 镝 铈等 。稀土 永 磁材料 迄今 已发展 了 ３代 ， 一代 即 ｌ： 第 ５型钐钴 磁 体 Ｓ Ｃ 第二 代 即 ２： ７型钐 钴磁 体 Ｓ ｏ ｍ ｏ； １ ｍＣ 及 其 它 延 伸产 品 ； 三代 为稀 土铁 系永磁 体 ， 典 型 第 最
电池 电极用 的合金 主要是 以 Ｌ Ｎ 基础 的 Ａ ａ ｉ为 Ｂ 型
动 系统 ， 有 高效 、 振动 、 噪声 、 转 矩 密度 等 具 小 低 高
特点 ，既具 有 电励 磁直 流 电动机 的优异 调速 性 能 ， 又实现 了无刷化 。主要应用 于高 控制精 度和 高可靠
性 的场合 ， 空 、 控机 床 、 器人 、 动汽 车 、 如航 数 机 电 计
氢 合 金生 成 氢 化 物后 ， 达 到一 定 平 衡 压 ， 温度 氢 在
动 的动 圈式 直线 电动 机 中 ， 能够保 证 足够 的运 行 精 度 和灵 敏 度 ， 够 大 大 降低 噪 声 ， 能 以及 大 大 缩 小 其
体积 和减轻 质量 。
２ 稀土 贮 氢 材 料
贮 氢材 料 就 是 在 一定 条 件 下 能 大量 可逆 地 吸 放氢 的材料 ， 已开 发 的一 系列 贮 氢 材 料 中 ， 土 在 稀 系贮氢 材料 性 能最 佳 ， 土 贮氢 材料 一般 是 含有 稀 稀
成金 属问化 合物 ， 些金 属 间化合 物有 其特 定 的物 这 理性 质 ，其 中有 些性 质 优 异 的 已用 于 现 代 高科 技 中， 如稀 土永磁 材料 是 目前 已知 的综合 性能 最好 的
一
种永磁 材料 ；ａ ｉ 吸收大量 的 Ｈ ， ＬＮ 能 ： 是很好 的储
氧材料 ；ｂ ｅ 是很好 的磁致伸 缩材料ｉ 另外 ， Ｔ Ｆ， 。 稀土 材料 在燃 料 电池 、 光 、 发 防腐 、 光 、 纤通 讯 、 导 激 光 超
２ １ 年第 Ｏ ０１ ５期
梁小蕊等 ： 土材料的应用发展趋 势 稀
我 国发展 迅 速 的汽 车 工业 成 为 永磁 电机 的最 大用户 。一辆汽 车一般 可 以有 几 十个部位 要使用 各 种 不 同用 途 的永 磁 电机 ， 电动 调 节 座 椅 、 如 电动 后
的装 置 叫做 金属 氢化物 热泵 。金属氢 化物热 泵是无
摘
要： 本文重点介绍了稀土永磁材料 、 稀土贮氢材料 、 稀土发光材料 、 稀土催化材料及稀土 防腐材料在
各 技 术领 域 的应 用 和 发 展趋 势 。 关 键 词 ： 土材 料 ； 用 ； 稀 应 发展 趋 势
中 图分 类 号 ：Ｇ１６ Ｔ ４． ４ 文献 标 识 码 ： Ａ
Ａｐｐｌ ａｔｏ ａ ｉ ｉ ｎ ｎｄ ｒ ｎｄ ｆｄｅ ｌ ｍ ｅ ｔｏ ａｒ ａｒｈ ａｔｒ ａ ｃ ｔｅ ｏ ｖｅｏｐ ｎ ｆｒ ｅ ｅ ｔ ｍ ｅ ｉ ｌ
视镜 、 电动 天窗 、 电动 门窗 、 电动 雨 刮 、 空调 器 等 都
需要 应用 到许 多小 型 电机 ， 中绝 大部 分 是低 压 永 其 磁 直流微 电机 。汽 车 、 托车 用起 动机 电动机 在 采 摩
用钕 铁硼 永磁 材料 并 采用 减速 行 星齿 轮后 ， 使起 可
动机 电动机 的质量减 轻一半 。 用稀 土材 料 制 成 的 稀 土永 磁 同步 电 动机 和 驱
需燃 料燃 烧 就可 以致 热 的装 置 ， 是不 使用 环 境污 也 染 的制 冷剂就 可 以制 冷 的装置 ， 与其 它使用 机 械动 力 的热 泵不 同 ， 不仅 费用便 宜 ， 而且无 噪音和振 动 。 稀 土 贮 氢 合 金 可 用 于 制 造 镍 氢 充 电 电 池
（ｉ Ｎ／ ＭＨ） 镍 氢充 电 电池 与镍镉 电池 （ ｉＣ ） 比具 。 Ｎ～ ｄ 相
为 Ｎ ｅＢ ｄ ， 永磁体 。 Ｆ４ １它们被广泛应用于各类电机 、 电声 、 核磁 共振 成 像 装 置 、 医疗 设 备 、 磁悬 浮 列 车 、
军 事工业 及其 它光 电子等高新 技术领 域ｆ 】 。
材料 等领域 有着 不 可缺 少的 作用 ， 直接 影 响着光 学
仪器 、 电子 、 空航 天 、 丁业 等新 兴高 技术 产业 发 航 核
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｈ ｓｐ ｐ ｒ ｔｅ ａ ｐ ｉ ａｉｎ ａ ｄ ｔ ｎ ｆｄ ｖ ｌｐ ｎ ｆｒ ｒ — ａ ｔ ｅ ｍａ ｅ ｔ ｔ ｒ ｌ ｒ ｒ — ａｔ ｓ ｒ ｃ ：ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ，ｈ ｐ ｌ ｔ ｎ ｅ ｄ ｏ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｅ ｅ ｒ ｐ ｒ ｎ ｎ ｅｉ ， ａ ｅ ｅ ｒ ｃ ｏ ｒ ｏ ａ ｈ ｍａ ａ ｈ ｈ ｄ ｏ ｅ ｔ ｒｇ ｌ ｙ ，ｒｒ — ａ ｈ ｌ ｍｉｅ ｃ ｎ ｅ ｍａ ｅｉｌ ｒ ｒ － ａｔ ａａｙ ｔｍａ ｅｉ ｌ ｎ ａ ｅ ｅ ｒｈ ａ ｔ ｅ Ｉ — ｙ ｒｇ ｎ ｓ ａ ｅ ａ ｌ ｓ ａ ｅ ｅ ｒ ｕ ｎ ｓ ｅ ｃ ｔｒａ， ａ ｅ ｅ ｒ ｃ ｔ ｌｓ ｏ ｏ ｔ ｈ ｔ ｒ ｄ ｒ ｒ — ａ ｎｉ ｏＴ ａａ ｔ — Ｏ
吸放 氢 时的 压力效 应 ， 某些 金属 氢化 物 吸氢后 在 如
土 金属元 素的 合金或金 属问化 合物 。由于稀土贮 氢 合 金具 有 吸氢量 大 、 活化 、 易 中毒 、 易 不 吸放 氢快 等 优 点 而成 为最 具代 表性 并 且 已实 用化 的一 类 重 要
的贮 氢材料 。其 应用 领域 已扩大 到 能源 、 工 、 化 电 子 、 航 、 事及 民用等方 面 。 宇 军 稀土 贮氢 合金 可 以用 于 Ｈ 的贮 存 和提 纯 。典
电机＂。 Ｉ
基 金项 目 ： 军航 空 ｒ 学 院基 础研 究 基金 项 目（ ＹＩ２ １２ ） 海 程 Ｈ ， ０ １３ Ｃ
作者简 介： 梁小蕊 （９ ９ ）女 ． １７ 一 ， 讲帅 ，０ ６年毕业于南 京师范大学化 ２０
学 环 境 科学 学 院硕 研 究 方 向 ： 机 多功 能 材 料 。 有
升 高时 ， 金压力 也 随之升高 。根据 这一原 理 ， 合 只要 将一 小 型贮 氢器 上 的压 力表 盘改 为温 度指 示盘 ， 经 校 正后 即可 制成 温度 指 示器 。这 种温 度计 体 积小 ， 不怕 震动 ， 温度测量 准确 ， 广泛应 用于 飞机 。这种温 度 传 感器 还 可改制 成 火警 报警 器 ， 利用 金属 氢化 物
有 高 电容 量 、不污 染环 境 和循 环寿命 长 等特 点 ， 其
应用 领域 日益 广泛…］ 目前 ， 。 镍氢 电池在 通讯 ， 如移
动 电话 、 记本 电脑 、 携 式 摄像 机 、 珍 收 录机 、 笔 便 袖 数 码 相机 、 电动 助 力 车 和 电动 汽 车 （ 单一 电动 汽 车 和混 合 电动 车 ） 等得 到广 泛应 用 。我 国生 产 的镍 氢 电池 的技术 及装 备 已达 到世 界先 进水 平 ， 制成 的电 池技 术指标 较好 ， 合性 能较 高 。 目前 ， 综 作为 Ｎ／ ｉ ＭＨ
金， 但其 放 电容 量 为 ３ ０ ３ ０ Ａ ・ ～ 难 以得 到继 ０ ～ ３ｍ ｈ ｇ ，
续 提 高 ， 能适 应 Ｎ／ 电池能量 密 度进 一步 提高 不 ｉ ＭＨ 的发 展要 求 。 目前 ， 内外 研究 较 多 的高容 量贮 氢 国 合 金 主要 有 钛 、 基 Ａ ， 基 固 溶 体 型 ， 基 锆 Ｂ型 钒 镁 ＡＢ型等Ｉ 。 ２ 稀土贮 氢合 金可用 于制 造传感器 和控制 器 。贮
Ｌ ＡＮＧ ａ — ｕ ．Ｉ Ｉ Ｘｉｏ ｒ ｉＪ ＡＮＧ Ｙａ — ａ Ｚ ｎ ｌｎ， ＨＯＵ Ｍｉｇ ｙ Ｌ ｉ ｎ — ｕ， ＩＨｕ （ ａ ａ Ａ ｒｎ ｕｉａ ａ ｄ Ａ ｔ ｎ ｕ ｉ ｌＵ ｉ ｒ ｔ， ａ ｔｉ ６ ０ １ Ｃ ｉａ Ｎ ｖ ｌ ｅｏ ａ ｔ ｌ ｎ ｓ ｏ ａ ｔ ａ ｎｖ ｓ ｙ Ｙ ｎａ ２ ４ ０ ， ｈｎ ） ｃ ｒ ｃ ｅｉ