新材料行業(yè)中的應(yīng)用

　　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。目前世界上美國、俄羅斯、日本等國家已開始了鈧國家收儲(chǔ)。我國正處于開發(fā)高附加值鈧產(chǎn)品的階段，進(jìn)展速度快，預(yù)計(jì)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。鋁鈧合金的高強(qiáng)、高韌、耐蝕等性能將使其在我國大型飛機(jī)、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。鈧在新材料中的應(yīng)用情況主要如下：
　　
　?。ㄒ唬╀X鈧合金
　　
　　鋁合金中添加微量鈧可以大幅提升鋁合金的強(qiáng)度、塑韌性、耐高溫性能、耐腐蝕性能、焊接性能和抗中子輻照損傷性能，已作為結(jié)構(gòu)材料用于航天、航空、核反應(yīng)堆等領(lǐng)域，在艦船、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、航空工業(yè)中，鋁鈧合金的應(yīng)用發(fā)展較快。俄羅斯研究的較為系統(tǒng)，且已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。他們已開發(fā)出四大系列14個(gè)牌號(hào)的鋁鈧合金，四個(gè)系列分別為熱處理非強(qiáng)化可焊Al-Mg-Sc系合金；熱處理強(qiáng)化高強(qiáng)度可焊Al-Zn-Mg-Sc系合金；熱處理強(qiáng)化中強(qiáng)和高強(qiáng)可焊Al-Li-Sc系合金；熱處理強(qiáng)化高強(qiáng)Al-Zn-Cu-Sc系航空合金。如Al-Li-Sc系合金作為飛機(jī)的結(jié)構(gòu)材料，已用于米格-20、米格-29、圖-204客機(jī)和雅克-36直升機(jī)等。國外其他一些國家已在大型民用飛機(jī)的承重部件用鋁鈧合金材料代替其他材料，以提高飛機(jī)的綜合性能。
　　
　　在核工業(yè)、艦船工業(yè)等領(lǐng)域，鋁鈧合金有較強(qiáng)的抗中子輻照損傷性能，可用于核反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)件中。因鋁鈧合金質(zhì)量輕、剛度高、焊接強(qiáng)度大、低熱開裂性、優(yōu)良的抗疲勞性能在船舶承重件、高速列車結(jié)構(gòu)材料、輸油管等方面的應(yīng)用均具有較大潛力。
　　
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　　固體氧化物燃料電池（SolidOxide Fuel Cell，SOFC）是一種電化學(xué)發(fā)電裝置，已用于分布式區(qū)域供電，在大規(guī)模發(fā)電、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，已在SOFC中獲得實(shí)際應(yīng)用。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，提高了1-2倍，可以在相同輸出功率條件下縮小體積1/2-2/3。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(shí)現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用。
　　
　　（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、高亮度、高顯色、多色調(diào)、長壽命的特點(diǎn)，是高強(qiáng)度放電燈中有競爭力的產(chǎn)品，被稱為第三代光源，具有廣闊的應(yīng)用前景。鈧鈉鹵燈是開發(fā)的早的一種，在20世紀(jì)80年代初開始大批量的投入生產(chǎn)。
　　
　　（四）示蹤劑
　　
　　示蹤劑是指為觀察、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。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(yùn)動(dòng)的固體顆粒或化學(xué)藥劑等被廣泛應(yīng)用于油田開發(fā)過程中。示蹤劑分為三類，化學(xué)示蹤劑、放射性同位素示蹤劑、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，將鈧放在核反應(yīng)堆中，吸收中子輻射，原子核中多一個(gè)中子，形成46Sc，它的半衰期為83.79天。46Sc是人造放射性元素，在自然界中并不存在，可以極為精確地觀察、研究和測量油井的地質(zhì)特征，提高作業(yè)效率，還具有用量少、環(huán)境及人體危害相對較小的優(yōu)點(diǎn)。美國2004年開始就將46Sc用于油井示蹤劑，取得了極為良好的探測效果。
　　
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　　立方晶型的氧化鈧具有高折射率、高帶寬、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。當(dāng)前鈧激光基質(zhì)晶體主要有Gd3Sc2Ga3O12（GSGG）和Y3Sc2Ga3O12（YSGG）兩種，并衍生出摻雜其他稀土元素（例如釹、釔、鉺等）多個(gè)系列的激光基質(zhì)晶體。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。另外，還具有強(qiáng)的抗輻射能力，易于長成大尺寸單晶。鈧系列晶體在醫(yī)學(xué)治療、軍事、金屬加工、環(huán)境研究等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。由于鈧的價(jià)格、供給穩(wěn)定性等問題，鈧系列晶體的發(fā)展稍晚，進(jìn)入21世紀(jì)后，德國、美國和日本才實(shí)現(xiàn)了鈧晶體的批量化生產(chǎn)并逐步推廣應(yīng)用。
　　
　　（六）特種鋼和有色合金
　　
　　鈧的性質(zhì)與其他稀土元素類似，并且性能更為優(yōu)越，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。鈧可以改善合金的強(qiáng)度、硬度、耐熱性能、耐腐蝕性能等，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，可顯著改善鑄件性能；鈧加到鎳、鉻和鎢基耐熱高溫合金中，可顯著提高其抗氧化性；高鉻合金的焊接填料中添加鈧，可大幅提高焊縫拉伸強(qiáng)度；鈧加到Mg基或Ti基合金中，可使合金有較好的機(jī)械、電學(xué)、可塑和穩(wěn)定性能。美國一直高度重視鈧在合金領(lǐng)域的研究，研發(fā)歷程已持續(xù)了20多年。