重要的稀土化合物：氧化釔粉體都有哪些用途？

           稀土是一種極其重要的戰(zhàn)略資源，在工業(yè)生產(chǎn)中有著無可替代的作用，汽車玻璃、核磁共振、光纖、液晶顯示屏等等都離不開稀土的加入。其中，釔(Y)是稀土金屬元素之一，是一種灰色金屬。但由于它在地殼中的含量較多，因此價(jià)格相對(duì)便宜，且應(yīng)用廣泛，在目前社會(huì)生產(chǎn)中主要以釔合金和氧化釔的狀態(tài)應(yīng)用。

金屬釔

其中，氧化釔(Y₂O₃)是最重要的釔化合物，它不溶于水和堿，溶于酸，外觀為白色結(jié)晶性粉末（晶體結(jié)構(gòu)屬立方晶系），擁有非常好的化學(xué)穩(wěn)定性及真空下低揮發(fā)性與高耐熱、耐腐蝕、高介電、透明（紅外線）等優(yōu)點(diǎn)，因此在許多領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，具體有哪些呢？下面一起來看看。

氧化釔的晶體結(jié)構(gòu)

                                                               01    釔穩(wěn)定氧化鋯粉合成

由于純ZrO₂從高溫冷卻到室溫的過程中將發(fā)生如下相變：立方相(c)→四方相(t)→單斜相(m)，其中在1150℃會(huì)發(fā)生t→m相變，并伴隨著約5%的體積膨脹。但如果將ZrO₂的t→m相變點(diǎn)穩(wěn)定到室溫，使其在承載時(shí)由應(yīng)力誘發(fā)產(chǎn)生t→m相變，由于相變產(chǎn)生的體積效應(yīng)而吸收大量的斷裂能，從而使材料表現(xiàn)出異常高的斷裂能，從而使材料表現(xiàn)出異常高的斷裂韌度，產(chǎn)生相變?cè)鲰g，獲得高韌性、高耐磨性。

氧化鋯陶瓷

要實(shí)現(xiàn)氧化鋯的相變?cè)鲰g，必須添加一定的穩(wěn)定劑并在一定的燒成條件下，將高溫穩(wěn)定相-四方亞穩(wěn)定至室溫，獲得室溫下可相變的四方相，這就是穩(wěn)定劑對(duì)氧化鋯的穩(wěn)定作用。Y₂O₃是發(fā)展至今得到最多研究的氧化鋯穩(wěn)定劑，燒結(jié)出來的Y-TZP材料具有優(yōu)良的常溫力學(xué)性能，強(qiáng)度較高，具有良好的斷裂韌性，并且其集體中材料的晶粒尺寸細(xì)小而均勻，因此獲得較多關(guān)注。

                                                                               02    助燒結(jié)劑

許多特種陶瓷的燒結(jié)都需要助燒結(jié)劑的參與，助燒結(jié)劑的作用一般可分為以下幾個(gè)部分：與燒結(jié)物形成固溶體；阻止晶型轉(zhuǎn)變；抑制晶粒長(zhǎng)大；產(chǎn)生液相。比如說氧化鋁的燒結(jié)，往往會(huì)加入氧化鎂MgO作為燒結(jié)過程中的顯微結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑，它可以細(xì)化晶粒，大大減小晶界能的差異，削弱晶粒生長(zhǎng)的各向異性，抑制不連續(xù)的晶粒生長(zhǎng)。由于MgO高溫?fù)]發(fā)性較強(qiáng)，為了達(dá)到良好的效果，常將氧化釔同MgO混合引入，Y₂O₃可以起到細(xì)化晶粒，促進(jìn)燒結(jié)致密化的作用。

                                                                     03   YAG粉體合成

釔鋁石榴石（Y₃Al₅O₁₂）是人造化合物，沒有天然礦物，無色，莫氏硬度可達(dá)到8.5，熔點(diǎn)為1950℃，不溶于硫酸、鹽酸、硝酸氫氟酸等。高溫固相法是制備YAG粉體的傳統(tǒng)方法，按照氧化釔和氧化鋁的二元相圖中得到的比例混合兩種粉體在高溫下焙燒，通過氧化物之間的固相反應(yīng)形成YAG粉體。在高溫條件下，氧化鋁和氧化釔的反應(yīng)中，會(huì)先生成中間相YAM和YAP，最終形成YAG。

YAG的應(yīng)用很多，比如說它的Al-O鍵尺寸小，鍵能高，這種高鍵能恰好可以匹配熒光材料較高的真空能，即在較高的電子撞擊下，保持其光學(xué)性能穩(wěn)定，把稀土元素引入可使熒光粉的發(fā)光性能有明顯的改善，而YAG通過摻雜Ce³⁺、Eu³⁺等三價(jià)稀土離子即可成為熒光粉。另外YAG晶體具有良好的透明度、物理化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)度高，具有良好的抗熱蠕變性，是一種應(yīng)用廣泛、性能理想的激光晶體材料。

  YAG晶體

                                                        04   透明陶瓷

氧化釔一直是透明陶瓷領(lǐng)域中的研究重點(diǎn)，它屬立方晶系，具有光學(xué)性能的各軸同向性，與透光氧化鋁的異方性相比影像較不失真，因此逐漸被高階的鏡頭或是軍事光學(xué)窗所重視與發(fā)展。其物理化學(xué)性質(zhì)的主要特點(diǎn)是：

①熔點(diǎn)高，化學(xué)和光化學(xué)穩(wěn)定性好，光學(xué)透明性范圍較寬（0.23～8.0μm）；

②在1050nm處，其折射率高達(dá)1.89，使其具有80%以上的理論透過率；

③Y₂O₃具有足以容納大多數(shù)三價(jià)稀土離子發(fā)射能級(jí)的、較大的導(dǎo)帶到價(jià)帶的帶隙，可以通過稀土離子的摻雜，實(shí)現(xiàn)發(fā)光性能的有效裁剪，從而實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用的多功能化；

④聲子能量低，其最大聲子截止頻率大約為550cm^–1，低的聲子能量可以抑制無輻射躍遷的幾率，提高輻射躍遷的幾率，從而提高發(fā)光量子效率；

⑤熱導(dǎo)率高，約為13.6W/(m·K)，高的熱導(dǎo)率對(duì)其作為固體激光介質(zhì)材料極為重要。

Y₂O₃的熔點(diǎn)約在2690℃，常溫?zé)Y(jié)溫度約在1700~1800℃。若要做成透光陶瓷，最好是采熱壓燒結(jié)。因優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，Y₂O₃透明陶瓷被廣泛應(yīng)用并潛在開發(fā)，主要包括：導(dǎo)彈的紅外窗口和球罩、可見和紅外透鏡、高壓氣體放電燈、陶瓷閃爍體以及陶瓷激光器等領(lǐng)域。