新材料行業(yè)中的應(yīng)用
作者:本站
來源:本站
鈧是一種可以應(yīng)用于諸多國防軍工及高科技領(lǐng)域的不可替代的戰(zhàn)略資源毕模。目前世界上美國稚虎、俄羅斯、日本等國家已開始了鈧國家收儲配名。我國正處于開發(fā)高附加值鈧產(chǎn)品的階段,進展速度快晋辆,預(yù)計未來以鋁鈧合金為代表的新材料對鈧的市場需求將持續(xù)增長渠脉。鋁鈧合金的高強、高韌栈拖、耐蝕等性能將使其在我國大型飛機连舍、高速列車、大型船舶以及汽車制造等領(lǐng)域的發(fā)展中發(fā)揮重要作用涩哟。鈧在新材料中的應(yīng)用情況主要如下:
∩笠凇(一)鋁鈧合金
鋁合金中添加微量鈧可以大幅提升鋁合金的強度、塑韌性帝愉、耐高溫性能最咖、耐腐蝕性能、焊接性能和抗中子輻照損傷性能暖麻,已作為結(jié)構(gòu)材料用于航天碑甘、航空、核反應(yīng)堆等領(lǐng)域瘾手,在艦船销顷、高鐵列車、輕型汽車等領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用前景。
在航天灼烫、航空工業(yè)中筋蝴,鋁鈧合金的應(yīng)用發(fā)展較快。俄羅斯研究的較為系統(tǒng)窄忱,且已實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用岛涝。他們已開發(fā)出四大系列14個牌號的鋁鈧合金,四個系列分別為熱處理非強化可焊Al-Mg-Sc系合金糟秘;熱處理強化高強度可焊Al-Zn-Mg-Sc系合金简逮;熱處理強化中強和高強可焊Al-Li-Sc系合金;熱處理強化高強Al-Zn-Cu-Sc系航空合金尿赚。如Al-Li-Sc系合金作為飛機的結(jié)構(gòu)材料散庶,已用于米格-20、米格-29吼畏、圖-204客機和雅克-36直升機等督赤。國外其他一些國家已在大型民用飛機的承重部件用鋁鈧合金材料代替其他材料,以提高飛機的綜合性能泻蚊。
在核工業(yè)躲舌、艦船工業(yè)等領(lǐng)域,鋁鈧合金有較強的抗中子輻照損傷性能性雄,可用于核反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)件中没卸。因鋁鈧合金質(zhì)量輕、剛度高秒旋、焊接強度大约计、低熱開裂性、優(yōu)良的抗疲勞性能在船舶承重件援丐、高速列車結(jié)構(gòu)材料善簸、輸油管等方面的應(yīng)用均具有較大潛力。
∥(二)燃料電池
固體氧化物燃料電池(SolidOxide Fuel Cell呛产,SOFC)是一種電化學(xué)發(fā)電裝置,已用于分布式區(qū)域供電北淘,在大規(guī)模發(fā)電治勒、新能源汽車等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。摻雜的氧化鋯因其具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和和良好的氧離子電導(dǎo)率玷源,已在SOFC中獲得實際應(yīng)用路倔。氧化鈧穩(wěn)定的氧化鋯體系具有較高的電導(dǎo)率,氧離子通過能力較其它金屬摻雜的氧化鋯體系攀驶,提高了1-2倍逮赋,可以在相同輸出功率條件下縮小體積1/2-2/3京嗽。2013年,氧化鈧穩(wěn)定氧化鋯燃料電池在美國和日本已經(jīng)實現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用偏控。
≈臁(三)鈧鈉鹵燈
金屬鹵化物燈(簡稱金鹵燈)是一種新型節(jié)能光源,具有高光效并村、高亮度、高顯色滓技、多色調(diào)哩牍、長壽命的特點,是高強度放電燈中有競爭力的產(chǎn)品令漂,被稱為第三代光源膝昆,具有廣闊的應(yīng)用前景。鈧鈉鹵燈是開發(fā)的早的一種叠必,在20世紀(jì)80年代初開始大批量的投入生產(chǎn)荚孵。
(四)示蹤劑
示蹤劑是指為觀察纬朝、研究和測量某物質(zhì)在指定過程中的行為或性質(zhì)而加入的一種標(biāo)記物收叶。目前國內(nèi)外開采油田的主要方式是注水開發(fā),一些能隨流體運動的固體顆凉部粒或化學(xué)藥劑等被廣泛應(yīng)用于油田開發(fā)過程中判没。示蹤劑分為三類,化學(xué)示蹤劑氢莫、放射性同位素示蹤劑钳生、穩(wěn)定性同位素示蹤劑三種。大自然中穩(wěn)定存在的鈧同位素為45Sc邦擎,將鈧放在核反應(yīng)堆中孕称,吸收中子輻射,原子核中多一個中子僧逞,形成46Sc酝遇,它的半衰期為83.79天。46Sc是人造放射性元素滋评,在自然界中并不存在朵泌,可以極為精確地觀察、研究和測量油井的地質(zhì)特征购廊,提高作業(yè)效率岳舔,還具有用量少、環(huán)境及人體危害相對較小的優(yōu)點刃镶。美國2004年開始就將46Sc用于油井示蹤劑躲扣,取得了極為良好的探測效果甚脉。
(五)激光晶體
立方晶型的氧化鈧具有高折射率铆农、高帶寬牺氨、高導(dǎo)熱率等優(yōu)異性能,因而作為激光材料受到人們廣泛關(guān)注墩剖。當(dāng)前鈧激光基質(zhì)晶體主要有Gd3Sc2Ga3O12(GSGG)和Y3Sc2Ga3O12(YSGG)兩種猴凹,并衍生出摻雜其他稀土元素(例如釹、釔岭皂、鉺等)多個系列的激光基質(zhì)晶體郊霎。GSGG的優(yōu)勢為效率高,(Nd, Cr) : GSGG是同等條件下Nd : YAG的激光效率的2-4倍爷绘。另外书劝,還具有強的抗輻射能力,易于長成大尺寸單晶土至。鈧系列晶體在醫(yī)學(xué)治療购对、軍事、金屬加工陶因、環(huán)境研究等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景协包。由于鈧的價格、供給穩(wěn)定性等問題北拌,鈧系列晶體的發(fā)展稍晚扇胀,進入21世紀(jì)后,德國稼崎、美國和日本才實現(xiàn)了鈧晶體的批量化生產(chǎn)并逐步推廣應(yīng)用忌党。
(六)特種鋼和有色合金
鈧的性質(zhì)與其他稀土元素類似清农,并且性能更為優(yōu)越铺举,對于鋼鐵、有色合金中相關(guān)稀土元素的部分替代是完全可行的栽寄。鈧可以改善合金的強度劫伊、硬度、耐熱性能纤耐、耐腐蝕性能等姊呐,在合金領(lǐng)域中的應(yīng)用前景非常廣闊。鈧使鑄鐵中石墨球化的作用比稀土元素更有效助被,可顯著改善鑄件性能剖张;鈧加到鎳、鉻和鎢基耐熱高溫合金中揩环,可顯著提高其抗氧化性搔弄;高鉻合金的焊接填料中添加鈧幅虑,可大幅提高焊縫拉伸強度;鈧加到Mg基或Ti基合金中顾犹,可使合金有較好的機械倒庵、電學(xué)、可塑和穩(wěn)定性能炫刷。美國一直高度重視鈧在合金領(lǐng)域的研究擎宝,研發(fā)歷程已持續(xù)了20多年。
返回頂部