希土類元素15のランタニド元素を含む17の金属元素の一般的な用語ですスカンジウムそしてイットリウム。 18世紀の終わり以来、それらは冶金、陶器、ガラス、石油化学物質、印刷と染色、農業と林業、その他の産業で広く使用されてきました。私の国の陶磁器産業における希土類元素の適用は、1930年代に始まりました。 1970年代には、総額希土類セラミック材料で使用されているのは、年間70Tに達し、国内生産量の約2％から3％を占めています。現在、希土類は主に構造セラミック、機能セラミック、セラミックglazes、その他のフィールドで使用されています。新しい希土類材料の継続的な開発と適用により、希土類は添加物、安定剤、焼結剤としてさまざまなセラミック材料の援助として使用されます。
構造セラミックにおける希土類元素の適用
■アプリケーションAL2O3セラミックAL2O3セラミックは、高強度、高温抵抗、良好な断熱、耐摩耗性、耐食性、および良好な電気機械的特性のために、最も広く使用されている構造セラミックです。などの希土類酸化物を追加しますY2O3, LA2O3, SM2O3など、Al2O3複合材料の湿潤特性を改善し、セラミック材料の融点を減らすことができます。材料の多孔性を減らし、密度を高めます。他のイオンの移動を妨げ、粒界の移動速度を減らし、粒子の成長を阻害し、密な構造の形成を促進します。ガラス相の強度を改善し、それにより、Al2O3セラミックの機械的特性を改善する目的を達成します。
■アプリケーションSI3N4CeramicsSi3N4セラミックは、優れた機械的特性、熱特性、化学的安定性を備えており、高温構造セラミックの最も有望な材料です。 Si3N4は強力な共有結合化合物であるため、純粋なSi3N4は従来の固相焼結によって濃縮することはできません。したがって、Si粉末の直接ニトリッドの反応焼結に加えて、密な材料を作るために一定量の焼結剤を追加する必要があります。現在、SI3N4セラミックを準備するためのより理想的な焼結エイズは、Y2O3, ND2O3、 そしてLA2O3。一方では、これらの希土類酸化物は、高温でSi3N4粉末の表面上の微量SiO2と反応して、窒素を含む高温ガラス相を生成し、Si3N4セラミックの焼結を効果的に促進します。一方、それらは、屈折率と粘度の高いY-La-si-si-onガラス粒境界を形成し、高温の曲げ強度と良好な酸化抵抗を持ち、高温条件下で溶融点を含むyおよびLAを含む結晶化合物を沈殿させ、材料の高温骨折の硬さを改善するのは簡単です。
■アプリケーションZRO2セラミックZRO2セラミックは、高密度、高融点、硬度、特に高い曲げ強度と骨折の靭性を備えており、これらはすべてのセラミックの中で最高です。 Zro2の結晶変換には明らかな体積変化が伴うため、直接使用の範囲は限られています。研究作業の深化により、希土類酸化物の添加は、ZRO2の相変化により優れた阻害および安定化効果をもたらすことがわかっています。一般的に使用される希土類酸化物は主にですY2O3、ND2O3、およびCE2O3。それらのイオン性半径は基本的にZr4+のそれに近いものであり、ZRO2で単眼症、四角形、および立方体置換固体溶液を形成することができます。このタイプのZro2セラミック素材には、優れた技術的パフォーマンス指標があります。例えば、CEO2ZRO2を使用して、四角いジルコニア固形溶液の相領域を広範囲に形成できます。これは、良好な固体材料です。 Y2O3安定化ZRO2（YSZ）は、固体酸化物燃料電池（SOFC）、酸素センサー、およびメタン部分酸化膜反応器で広く使用されている優れた酸素イオン導体材料です。
■アプリケーションsic陶器炭化シリコンセラミックは、高温、熱衝撃、腐食、摩耗、良好な熱伝導率、軽量に耐性があり、一般的に高温構造セラミックです。の強力な共有結合特性sic通常の条件下で焼結密度を達成することが困難であると判断します。通常、焼結エイズを追加したり、熱いプレスとホットアイソスタティックのプレス焼結プロセスを使用する必要があります。生産プロセスは複雑で、コストが高くなっています。 SICの加圧焼成のための最も効果的な焼結補助剤は、AL2O3-Y2O3です。 Y3AL5O12（略してYAG）を備えたSIC-YAGセラミック複合材料は、主な焼結補助剤が低温で密解焼ホレーションを達成できるため、最も有望な炭化シリコンセラミックシステムの1つと考えられています。
■アプリケーションaln陶器alnは、高い融点、高い熱伝導率、低誘電率、および鉄やアルミニウムなどの合金の腐食に対する耐性を持つ共有結合化合物です。特別な大気中の優れた高温抵抗を持ち、理想的な大規模な積分回路基板と包装材料です。 ALNは共有結合であるため、焼結は非常に困難であり、1つの焼結補助剤は焼結温度を限られた程度に低下させることしかできないため、複合補助具（希土類金属酸化物とアルカリの酸化物）は通常、焼結エイズとして使用され、液相を形成して液相を形成します。さらに、焼結エイズは、aln、部分的な酸素がALN格子に溶解することによって引き起こされるアルミニウム空孔を減らし、の熱伝導率を改善しますaln.
■Sialon CeramicsへのアプリケーションSialon Ceramicsは、に基づいて開発されたSi-no-al密に密集した窒化窒素セラミックの一種です。SI3N4陶器。それらは、si原子とn原子の部分的な置換によって形成されますSI3N4Al2O3のAl原子およびO原子によって。それらの強度、靭性、および酸化抵抗はSi3N4セラミックよりも優れており、セラミックエンジンコンポーネントやその他の耐摩耗性セラミック製品に特に適しています。シアロン素材は焼結するのは簡単ではありません。希土類酸化物の導入は、より低い温度での液相の形成を助長し、それが焼結を効果的に促進します。同時に、希土類陽イオンは、α-Si3N4相の格子に入り、ガラス相の含有量を減らし、粒界位相を形成し、材料の室温と高温性能を改善することができます。研究により、1％を追加することが示されていますY2O3高温でシアロンセラミックを焼くと高温ガラス相を形成することができます。これは、焼結を促進するだけでなく、骨折の靭性を改善するだけです。さらに、少量のY2O3を追加すると、酸化抵抗が大幅に向上します。
機能セラミックにおける希土類元素の適用
希土類機能的なセラミックと密接に関連しています。特定の追加希土類元素多くの機能セラミックの原材料にとって、セラミックの焼結、密度、強度などを改善するだけでなく、さらに重要なことに、独自の機能効果を大幅に改善できることです。
1中国、日本、米国、その他の国からの材料科学者が酸化セラミックを発見した1987年以来、超伝導セラミックの役割イットリウムバリウム酸化物（YBCO）優れた高温超伝導（最大92K）が優れており、人々は希土類高温の超伝導セラミックのパフォーマンス研究とアプリケーション開発に多くの仕事をしており、多くの大きな進歩を遂げています。日本の研究では、YBCOのYを置き換えた後、軽い希土類（ln）などNd, Sm, Eu、 そしてGd、結果として得られる超伝導セラミック材料LNBCOの臨界磁場強度が大幅に改善され、磁束のピン留め力も大幅に強化されており、これは電気、エネルギー貯蔵、輸送において大きな価値があります。北京大学が使用しましたZRO2基質として、それを約200°Cに加熱し、蒸発したY（またはその他希土類）、拡散処理のために基板上のBa酸化物およびCuは層の基板上のCuを、800〜900°Cの温度範囲でそれらを処理しました。結果として生じる超伝導セラミックは、100kを超える良好な金属抵抗温度係数を示しました。日本のカゴシマ大学が追加されました希土類255kで超伝導性を示したセラミックフィルムを作るためのsrとnb酸化物。
2 圧電セラミックでのアプリケーション鉛タイタン酸PBTIO3）機械的エネルギー電気エネルギー結合効果を備えた典型的な圧電セラミックです。キュリー温度が高く（490°C）、誘電率が低く、高温および高周波条件下での散布に適しています。ただし、調製プロセスと冷却プロセス中に、マイクロ亀裂は立方副等しい位相遷移のために発生する傾向があります。この問題を解決するために、希土類はそれを変更するために使用されます。 1150°Cで焼結した後、99％の相対密度のRe-PBTIO3セラミックを取得できます。微細構造は大幅に改善されており、75MHzの高周波条件下で動作するトランスデューサーアレイの製造に使用できます。ジルコン酸タイタン酸鉛（PZT）では、圧電係数が高く、希土類酸化物を添加することにより、圧電セラミックがあります。LA2O3, SM2O3、 そしてND2O3、PZTセラミックの焼結特性を大幅に改善し、安定した電気および圧電特性を取得できます。さらに、PZTセラミックの性能は、少量の希土類酸化物を追加することで改善できます。CEO2。 CEO2を追加した後、PZTセラミックの体積抵抗率は増加します。これは、プロセスにおける高温および高電界下での偏光の実現を助長し、時間の老化と温度老化に対する耐性も改善されます。によって変更されたPZTセラミック希土類高電圧発電機、超音波発生器、水中音響トランスデューサー、その他のデバイスで広く使用されています。
3導電性セラミックYttrium安定化ジルコニア（YSZ）セラミックへの適用希土類酸化物 Y2O3添加物は高温で優れた熱および化学的安定性を持つため、優れた酸素イオン導体であり、イオン導電性セラミックにおいて顕著な位置を持っています。 YSZセラミックセンサーは、自動車排気の酸素部分的圧力を測定し、空気/燃料比を効果的に制御し、重大な省エネ効果をもたらすために成功裏に使用されています。それらは、工業用ボイラー、製錬炉、焼却炉、その他の燃焼ベースの機器で広く使用されています。ただし、YSZセラミックは、温度が900°Cを超える場合にのみ高いイオン導電率を示しているため、それらの適用は依然として特定の制限の対象となります。既存の研究により、適切な量のY2O3またはGD2O3 to Bi2O3イオン導電率が高いセラミックは、Bi2O3の顔中心の立方相を室温に安定させる可能性があります。同時に、X線回折パターンは、（Bi2O3）0.75・（Y2O3）0.25および（Bi2O3）0.65・（GD2O3）0.35が、高酸素イオン導電率を持つ安定した顔中心の立方体構造であることも示しています。このセラミックの側面を（ZRO2）0.92（Y2O3）0.08の保護膜でコーティングした後、高イオン導電率と良好な安定性を備えた燃料電池と酸素センサーを中程度の温度条件（500〜800℃）で動作させることができます。
4 誘電性セラミック誘電セラミックへの適用は、主にセラミックコンデンサとマイクロ波誘電成分を作るために使用されます。などの誘電セラミックでTIO2、mgtio3、batio3およびそれらの複合誘電セラミック、追加希土類LA、ND、DYなどは、誘電特性を大幅に改善できます。たとえば、高誘電率を持つBATIO3セラミックでは、ε= 30〜60の誘電率を持つLAおよびndの希土類化合物を添加して、誘電率を広い温度範囲にわたって安定させることができ、デバイスのサービス寿命は大幅に改善されます。熱補償コンデンサ用の誘電性セラミックでは、希土類を適切に追加して、誘電率、温度係数、およびセラミックの品質係数を改善または調整し、その応用範囲を拡大することもできます。熱安定性コンデンサマグネシウムチタン酸セラミックは、LA2O3で修飾され、得られたMGO・TiO2-LA2O3-TIO2セラミックとCatio3-Mgtio3-La2Tio5セラミクスは、低誘電損失と温度係数の元の特性を維持するだけでなく、拡張機能を改善することも有意に改善します。絶え間ない。
5 敏感なセラミックに敏感なセラミックへの適用は、重要なタイプの機能セラミックです。それらは、電圧、ガスの組成、温度、湿度などの特定の外部条件に敏感であることによって特徴付けられます。したがって、関連する電気性能パラメーターの反応または変化を通じて、回路、動作プロセスまたは環境を監視できます。それらは、制御回路のセンシング要素として広く使用されているため、センサーセラミックとも呼ばれます。希土類とこのタイプのセラミックの性能の間には密接な関係があります。
（1）電気光学セラミック：希土類酸化物を追加するLA2O3PZTに対して、透明な鉛Zirconate Titanate（PLZT）電気光学セラミックを取得できます。元のマトリックス材料PZTは、一般に、毛穴、粒界段階、および異方性の存在により不透明ですが、LA2O3を添加すると微細構造が均一になり、毛穴が大幅に排除され、異方性が弱まり、粒界の複数の屈折が原因で発生する光散乱が大幅に減少します。したがって、PLZTには光伝送パフォーマンスが優れています。 PLZTは、核爆発放射線、重い爆撃機の窓、光学通信モジュレーター、ホログラフィック記録装置などを守るためにゴーグルで広く使用されています。
（2）バリスタセラミック：セントラルサウステクノロジー大学は、ZnOバリスタセラミックの電気特性に対する希土類元素の効果を研究しました。 Znoバリスタの後、セラミックに希土類酸化物をドープしてLA2O3、それらのバリスタ電圧VLMA値は大幅に増加しました。ドーピング量が0.1％から10％に増加すると、セラミックの非線形係数αは20から1に減少し、基本的にバリスタ特性がありませんでした。したがって、ZnOセラミックの場合、低濃度の希土類元素ドーピングはバリスタ電圧値を増加させる可能性がありますが、非線形係数にはほとんど影響しません。そして、高濃度のドーピングはバリスタの特性を示しません。
（3）ガス感受性セラミック：1970年代以来、人々はZNOなどのガス感受性セラミック材料に希土類酸化物を追加する役割について多くの研究を行ってきました。sno2そしてFe2O3、およびABO3およびA2BO4希土類複合酸化物材料を生産しています。研究結果は、ZNOに希土類酸化物を追加すると、プロピレンに対する感受性を大幅に改善できることを示しています。追加CEO2SNO2には、エタノールに敏感な焼結型元素を生成できます。
（4）サーミスタセラミック：チタン酸バリウム（BATIO3）は、最も研究され、広く使用されているサーミスタセラミックです。 LA、CE、SM、DY、Yなどの微量地球要素がBATIO3に追加されると（モル原子分画が0.2％から0.3％に制御される）、Ba2+の一部がBa2+に類似した半径でRe3+に置き換えられ、過剰な陽性電荷を生成し、抵抗を介して耐性を除く弱い電子を形成します。ただし、BA2+空孔の形成と導電性キャリアの消失により、ドーピング量が特定の値を超える場合、セラミックの抵抗率は急激に上昇し、絶縁体にさえなります。
（5）湿度に敏感なセラミック：さまざまな種類の湿度感受性セラミックの中で、現在添加されている希土類は、主にランタヌムとその酸化物、SR1-XlaxSNO3システム、LA2O3-TIO2システム、LA2O3-TIO2-V2O5システム、SR0.95LA0.05SNO3および0.05SNO3およびPD0.91LA0.09（ZR0.65TI0.35）0.98O3-KH2PO3など。湿度セラミックの感度をさらに向上させ、リアリズムと安定性の観点から、実用性を高めるためには、実用性を高めるためにも、研究を強化する必要があります。希土類セラミックの関連特性に追加。
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投稿時間：2月-06-2025