稀土材料與應用技術

稀土材料的諸多優異性能使其在國民經濟、國防建設和現代科學技術的各個領域有着廣泛的應用。本書全面系統地介紹了各類稀土材料（既包括稀土功能材料也包括稀土結構材料）的組成、結構、性能、製備及應用技術。分章論述了稀土金屬和合金材料、稀土玻璃陶瓷材料、稀土磁性材料、稀土發光和激光材料、稀土熱電發熱與陰極發射材料、稀土儲氫材料和稀土核材料、稀土催化材料、稀土超導材料、稀土高分子材料、鈧及其材料應用等。同時對稀土資源開發、材料用稀土化合物以及稀土材料領域中湧現出的新理論、新方法、新技術、新工藝和新應用也做了詳盡的介紹。

本書可供各行業中從事新材料生產、科研、設計和使用的科技人員以及大專院校有關專業高年級學生、研究生和教師使用。

第一章稀土資源及其材料應用1

第一節稀土元素及其分組1

第二節稀土礦物資源2

一、自然界中稀土元素的分佈2

二、稀土元素在礦物中的賦存

狀態3

三、稀土的主要工業礦物3

四、世界稀土資源概況7

第三節稀土工業概況8

一、世界稀土工業簡況8

二、我國稀土工業的發展10

第四節稀土材料應用現狀和展望11

一、稀土在傳統材料領域的應用13

二、稀土在新材料領域的應用13

參考文獻19

第二章稀土元素的結構特點與

材料學性能20

第一節稀土元素的結構特點與

價態20

一、稀土元素在週期表中處於

特殊位置20

二、稀土元素的電子層結構特點20

三、稀土元素的價態21

第二節稀土元素的晶體結構22

一、稀土金屬晶體的室温結構22

二、稀土金屬的同素異型轉變23

第三節稀土元素的物理化學性質24

一、稀土元素的一般物理性質24

二、稀土元素的電學性質25

三、稀土元素的光譜學性質25

四、稀土元素的磁學性質29

五、稀土元素的化學性質31

第四節稀土元素的材料學性能33

一、稀土金屬的力學性能33

二、稀土金屬的工藝學性能34

第五節稀土元素特徵的材料學

應用35

參考文獻36

第三章稀土化合物及其材料

應用37

第一節稀土氧化物和氫氧化物37

一、稀土氧化物37

二、稀土氫氧化物40

第二節重要的稀土鹽類40

一、稀土鹵化物41

二、稀土硝酸鹽43

三、稀土硫酸鹽43

四、稀土碳酸鹽44

五、稀土草酸鹽45

六、稀土磷酸鹽46

七、稀土滷酸鹽46

八、稀土硅酸鹽47

第三節稀土元素的幾種非金屬

化合物48

一、稀土氫化物48

二、稀土硼化物49

三、稀土碳化物50

四、稀土硅化物51

五、稀土氮化物52

六、稀土硫化物53

第四節稀土配位化合物55

一、稀土配合物的特性和主要

類型55

二、稀土配合物的合成57

三、水溶液中的稀土配合物58

四、稀土無機配合物59

五、稀土有機配合物60

參考文獻66

第四章稀土材料的製備技術68

第一節稀土材料製備的工作範疇68

第二節稀土材料製備中的基本

原理69

一、製備過程中的化學熱力學

原理69

二、製備過程中的動力學因素71

三、稀土材料製備中的離子取代72

四、材料設計簡介73

第三節稀土元素的提取方法74

一、獨居石精礦的分解75

二、氟碳鈰精礦的分解76

三、混合型稀土精礦的分解81

四、磷釔礦分解方法84

五、離子型稀土礦的提取84

第四節稀土元素的分離和提純

技術85

一、稀土元素與非稀土雜質的

分離86

二、單一稀土的分離提純技術88

第五節幾種重要稀土化合物的

製備101

一、稀土氧化物的製備101

二、無水稀土氯化物的製備102

三、無水稀土氟化物的製備104

第六節稀土材料現代合成技術104

一、溶液法合成105

二、溶膠?材?膠法（Sol??Gel法）109

三、水熱法合成111

四、自蔓延高温合成法114

五、化學氣相沉積法118

六、納米材料的製備120

參考文獻123

第五章稀土金屬和合金材料125

第一節稀土金屬及合金的製備125

一、金屬熱還原法制備稀土

金屬126

二、熔鹽電解法製備稀土金屬128

三、稀土金屬粉末的製備131

四、稀土金屬的提純131

五、稀土單晶的製備134

第二節稀土金屬的加工性能與加工

材料136

一、稀土金屬的機械性能與純度及

温度的關係136

二、稀土金屬的加工性能137

三、稀土金屬加工材料與應用137

第三節稀土合金材料138

一、混合稀土金屬138

二、鋼中稀土和稀土鋼139

三、稀土硅鐵合金和鎂鐵合金145

四、稀土鎂合金147

五、稀土鋁合金150

六、稀土銅合金154

七、稀土鎢、鉬合金155

八、其他稀土有色金屬合金

材料157

第四節稀土發火合金材料158

一、稀土發火合金材料簡介158

二、稀土發火合金的成分、性能和

用途159

三、稀土打火石的生產工藝160

第五節金屬材料的稀土鈍化

技術160

一、稀土鈍化的基本原理161

二、稀土鈍化的工藝方法162

三、各類金屬材料的稀土鈍化

處理163

參考文獻164

第六章稀土玻璃陶瓷材料166

第一節稀土拋光材料和磨料166

一、稀土拋光劑的拋光機理及拋光

工藝166

二、稀土拋光粉的種類和製備

方法167

三、稀土拋光粉的性能與用途170

四、稀土新型磨料――鐠釹

剛玉171

第二節稀土脱色劑和有色玻璃171

一、稀土脱色劑171

二、稀土有色玻璃173

第三節稀土光學玻璃174

一、稀土在玻璃中的作用175

二、鑭系光學玻璃175

三、特種稀土光學玻璃176

第四節稀土玻璃光纖178

一、稀土氧化物玻璃光纖178

二、稀土氟化物玻璃光纖180

三、稀土玻璃光纖的應用183

第五節稀土高温彩色釉184

一、稀土在陶瓷彩色釉中的

作用184

二、高温鐠黃色釉185

三、高温釹變色釉186

第六節稀土結構陶瓷材料186

一、稀土氮化硅陶瓷187

二、稀土氮化鋁陶瓷189

三、稀土氧化鋯陶瓷190

第七節稀土功能陶瓷材料196

一、稀土壓電陶瓷197

二、稀土電光陶瓷201

三、稀土離子導電陶瓷204

四、稀土敏感陶瓷206

五、稀土介電陶瓷212

參考文獻216

第七章稀土磁性材料217

第一節永磁材料概述217

一、材料的磁性及其分類217

二、永磁材料的性能要求219

第二節稀土永磁材料的性能與

結構221

一、稀土永磁材料的主要類型221

二、稀土永磁材料的優異性能222

三、稀土永磁材料的結構223

第三節稀土鈷永磁材料224

一、稀土鈷系合金及其磁性能224

二、稀土鈷永磁材料的主要

類型226

三、稀土鈷永磁材料的製備228

第四節稀土鐵硼永磁材料230

一、釹鐵硼永磁合金的組成230

二、釹鐵硼永磁合金的磁性能231

三、釹鐵硼永磁材料的製備234

第五節稀土鐵氮永磁材料236

一、稀土鐵氮永磁體的結構和

特性236

二、釤鐵氮永磁體的製備238

第六節稀土永磁材料的應用240

一、稀土永磁電機241

二、計算機VCM241

三、稀土永磁電聲器件242

四、稀土永磁微波器件243

五、稀土永磁儀器儀表243

六、稀土永磁磁選和磁分離243

七、稀土永磁磁化技術244

八、稀土永磁磁力機械244

九、磁懸浮及磁推系統245

十、稀土永磁醫療器械246

第七節稀土超磁致伸縮材料247

一、磁致伸縮機理及唯象理論248

二、稀土超磁致伸縮材料的

結構250

三、稀土超磁致伸縮材料的

性能250

四、稀土超磁致伸縮材料的主要

類型252

五、稀土超磁致伸縮材料的

製備257

六、稀土超磁致伸縮材料的

應用262

第八節稀土龐磁電阻材料264

一、材料的磁電阻效應264

二、稀土龐磁電阻材料的組成和

結構265

三、CMR效應特點266

第九節稀土磁光材料267

一、磁光效應與磁光材料268

二、稀土磁光的來源及性能

特點269

三、稀土鐵石榴石磁光材料270

四、釓鎵石榴石272

五、其他磁光材料273

第十節稀土磁泡材料和磁致冷

材料273

一、稀土磁泡材料273

二、稀土磁致冷材料277

參考文獻282

第八章稀土發光和激光材料283

第一節發光材料及其發光性能283

一、發光材料的基本概念283

二、發光材料的發光性能286

三、可見光和彩色光的三基色

原理289

第二節稀土元素髮光的性能

特點293

一、稀土離子的能級躍遷及光譜

特性293

二、稀土發光材料的優異性能295

三、稀土發光材料的分類296

第三節稀土陰極射線發光材料297

一、稀土紅色熒光粉297

二、稀土綠色熒光粉301

三、稀土藍色發光材料304

四、終端顯示器用稀土熒光粉306

五、稀土飛點掃描熒光體307

第四節稀土光致發光材料308

一、緊湊型熒光燈用稀土三基色

熒光粉308

二、高壓汞燈用稀土熒光粉309

三、其他用途的燈用稀土熒

光體310

四、稀土金屬鹵化物燈發光

材料311

五、稀土長餘輝發光材料312

第五節稀土電致發光材料317

一、稀土無機電致發光材料317

二、稀土有機電致發光材料319

第六節稀土X射線發光材料320

一、稀土激活的稀土硫氧化物322

二、銪(Ⅱ)激活的鹼土氟

鹵化物322

三、稀土激活的滷氧化鑭323

四、稀土激活的稀土鉭酸鹽323

五、CT探測器用稀土熒光體324

六、稀土PSL材料326

第七節其他稀土發光材料327

一、稀土閃爍體327

二、稀土熱釋發光材料331

三、稀土上轉換髮光材料331

第八節稀土激光材料335

一、稀土激光原理336

二、稀土固體激光材料338

三、稀土液體激光材料344

四、稀土氣體激光材料345

五、在激光中使用的其他稀土

材料346

參考文獻347

第九章稀土熱電、發熱與陰極發射

材料348

第一節稀土熱電材料348

一、熱電效應和熱電材料348

二、熱電效應的基本原理348

三、熱電材料的結構與性能351

四、熱電材料的製備357

五、熱電材料的應用358

第二節稀土發熱材料363

一、概述363

二、稀土發熱材料的組成與

結構363

三、稀土發熱材料的製備365

四、稀土發熱材料的性能366

五、稀土發熱材料的應用367

第三節稀土陰極發射材料368

一、概述368

二、稀土?差庖跫?發射材料369

三、稀土氧化物陰極發射材料370

四、六硼化鑭陰極發射材料371

參考文獻374

第十章稀土儲氫材料和稀土

核材料375

第一節稀土儲氫材料375

一、氫能源與儲氫材料375

二、儲氫材料的儲氫原理377

三、稀土儲氫材料的開發379

四、稀土儲氫材料的製備382

五、稀土儲氫材料的應用383

第二節稀土核材料389

一、結構材料390

二、控制材料391

三、慢化劑及核燃料稀釋劑393

參考文獻394

第十一章稀土催化材料395

第一節稀土催化材料在化工中的

應用395

一、稀土催化材料應用於典型化工

反應395

二、稀土對化工催化劑的作用397

第二節稀土在石油裂化中的

應用398

一、催化裂化的發展399

二、稀土應用於裂化催化劑400

三、常用的稀土裂化催化材料401

四、金屬鈍化劑404

第三節稀土催化材料在合成橡膠中

的應用406

一、稀土合成橡膠催化材料406

二、稀土合成橡膠的特點410

三、稀土催化聚合的技術進展412

第四節稀土催化材料在機動車尾氣

淨化中的應用414

一、尾氣排放及淨化414

二、稀土催化材料的應用416

三、稀土淨化催化材料的類型417

四、稀土對淨化催化劑的作用418

參考文獻420

第十二章稀土超導材料422

第一節概述422

一、超導電性和超導體422

二、超導材料423

第二節氧化物超導材料427

一、YBa2Cu3O7-δ系427

二、Bi??Sr??Ca??Cu??O系430

三、Tl??Ba??Ca??Cu??O系430

第三節123氧化物超導材料的

製備431

一、頂部籽晶熔融織構法431

二、淬火熔化生長法和熔化粉

末熔化生長法432

三、粉末熔化法432

四、液相消除法433

五、固相?慘合噯芻?生長法433

第四節第二代高温超導(2G HTS)

線材433

一、發展概況和驅動力434

二、研究進展436

第五節超導電性應用441

第六節超導電子學443

一、超導薄膜特性參數443

二、超導薄膜製備技術444

三、高温超導薄膜446

四、約瑟夫遜效應和器件448

五、超導量子干涉儀

（SQUID）449

六、高温超導器件應用449

參考文獻450

第十三章稀土高分子材料451

第一節稀土高分子材料的主要

類型452

一、摻雜型稀土高分子材料452

二、鍵合型稀土高分子材料453

第二節稀土高分子材料的製備

方法453

一、簡單摻混法453

二、聚合法454

三、反應加工法455

第三節稀土高分子材料的結構、

特性456

一、稀土高分子材料的前體

結構456

二、稀土高分子材料的結構456

第四節幾種重要的稀土高分子材料

及其應用458

一、稀土高分子光學材料458

二、稀土高分子防護材料465

三、　稀土高分子磁性材料466

四、稀土高分子催化（劑）

材料468

第五節稀土高分子材料助劑469

一、稀土塑料穩定劑469

二、稀土高分子填充改性劑473

三、稀土高分子轉光劑474

四、稀土橡膠硫化促進劑478

五、高分子的結晶促進劑478

六、稀土偶聯劑478

七、稀土塗料催幹劑478

參考文獻481

第十四章鈧及其材料應用483

第一節鈧的資源483

一、世界鈧資源概況483

二、中國的鈧資源484

第二節鈧的提取484

一、鈧原料的浸取485

二、鈧的分離提純486

第三節高純金屬鈧的製備493

一、氟化鈧的製取493

二、鈧的鈣熱還原494

三、鈧的蒸餾提純494

第四節鈧合金的製備495

一、對摻法495

二、熔鹽電解法495

三、金屬熱還原法496

第五節鈧的性質496

一、鈧的物理性質及晶體結構496

二、鈧的化學性質497

第六節鈧及其化合物的材料

應用499

一、鈧在金屬材料中的應用499

二、鈧在化工石油材料中的

應用500

三、鈧在電子信息材料中的

應用500

四、鈧在電光源及激光領域中

的應用500

五、鈧在核工業材料中的應用501

參考文獻502