重要な希土類化合物: 酸化イットリウム粉末の用途は何ですか?

重要な希土類化合物: 酸化イットリウム粉末の用途は何ですか?

レアアースは極めて重要な戦略資源であり、工業生産においてかけがえのない役割を果たしています。自動車ガラス、核磁気共鳴、光ファイバー、液晶ディスプレイなどはレアアースの添加と切っても切れない関係にあります。このうちイットリウム（Y）は希土類金属元素の一つであり、灰色の金属の一種です。しかし、地殻中に多く含まれるため価格が比較的安価で広く使われており、現在の社会生産では主にイットリウム合金や酸化イットリウムの状態で使用されています。

イットリウム金属
その中でも、酸化イットリウム (Y2O3) は最も重要なイットリウム化合物です。水とアルカリに不溶、酸に可溶で、外観は白色の結晶性粉末（結晶構造は立方晶系に属する）です。化学的安定性が非常に優れており、真空下で使用できます。低揮発性、高耐熱性、耐食性、高誘電性、透明性（赤外線）などの利点があり、多くの分野で応用されています。具体的にはどのようなものがあるのでしょうか、見ていきましょう。

酸化イットリウムの結晶構造

01 イットリウム安定化ジルコニア粉末の合成。純粋な ZrO2 を高温から室温に冷却すると、次の相変化が発生します: 立方晶相 (c) → 正方晶相 (t) → 単斜晶相 (m) (t は 1150°C で発生します → m 相変化)約5%の体積膨張を伴います。しかし、ZrO2 の t→m 相転移点が室温に安定すると、荷重時の応力により t→m 相転移が引き起こされます。相変化によって生じる体積効果により、多量の破壊エネルギーが吸収されます。 、その結果、材料は異常に高い破壊エネルギーを示し、その結果、材料は異常に高い破壊靱性を示し、その結果、相変態靱性、および高靱性および高耐摩耗性が得られる。セックス。

ジルコニアセラミックスの相変化強化を達成するには、特定の安定剤を添加する必要があり、特定の焼成条件下では、室温までの高温安定相正方晶準安定化により、室温で相変態可能な正方晶相が得られます。 。それはジルコニアに対する安定剤の安定化効果です。 Y2O3 は、これまでに最も研究されている酸化ジルコニウム安定剤です。焼結 Y-TZP 材料は、室温で優れた機械的特性、高強度、良好な破壊靱性を備え、材料全体の粒径が小さく均一であるため、さらなる注目を集めた。 02 焼結助剤 多くの特殊セラミックスの焼結には、焼結助剤の関与が必要です。焼結助剤の役割は一般に次の部分に分けることができます: 焼結物との固溶体を形成する; 結晶形の変態を防ぐ;結晶粒の成長を抑制する。液相を生成します。たとえば、アルミナの焼結では、焼結プロセス中に微細構造安定剤として酸化マグネシウム MgO が添加されることがよくあります。粒子を微細化し、粒界エネルギーの差を大幅に減少させ、粒子成長の異方性を弱め、不連続な粒子成長を抑制します。 MgO は高温で揮発性が高いため、良好な結果を得るために、酸化イットリウムを MgO と混合することがよくあります。 Y2O3は結晶粒を微細化し、焼結の緻密化を促進します。 03YAG粉末合成イットリウムアルミニウムガーネット（Y3Al5O12）は人工化合物で、天然鉱物を含まず、無色、モース硬度は8.5に達し、融点は1950℃、硫酸、塩酸、硝酸、フッ化水素酸などに不溶です。高温固相法は、YAG粉末を調製するための伝統的な方法です。二元混合で得られた比率によると、酸化イットリウムと酸化アルミニウムの状態図を参照すると、2 つの粉末を混合して高温で焼成し、酸化物間の固相反応によって YAG 粉末が形成されます。高温条件下では、アルミナと酸化イットリウムの反応において、最初にメソフェーズYAMとYAPが形成され、最後にYAGが形成されます。

YAG粉末を調製するための高温固相法には多くの用途があります。たとえば、Al-O 結合サイズは小さく、結合エネルギーは高くなります。電子の影響下でも光学性能は安定に保たれ、希土類元素の導入により蛍光体の発光性能が大幅に向上します。また、YAGはCe3+やEu3+などの3価の希土類イオンをドープすることで蛍光体になります。さらに、YAG 結晶は優れた透明性、非常に安定した物理的および化学的特性、高い機械的強度、および良好な熱クリープ耐性を備えています。幅広い用途と理想的な性能を備えたレーザー結晶材料です。

YAG クリスタル 04 透明セラミック酸化イットリウムは、透明セラミックの分野で常に研究の焦点となってきました。立方晶系に属し、各軸の等方的な光学特性を持っています。透明アルミナの異方性と比べて像の歪みが少ないため、徐々に高級レンズや軍用光学窓などで評価され開発されてきました。その物理的および化学的特性の主な特徴は次のとおりです。①融点が高く、化学的および光化学的安定性が良好で、光学的透明度の範囲が広い（0.23〜8.0μm）。 ②1050nmにおける屈折率は1.89と高く、理論透過率は80%以上です。 ③Y2O3 は、ほとんどの条件に対応するのに十分な量を持っています。 3 価の希土類イオンの発光レベルのより大きな伝導帯から価電子帯までのバンドギャップは、希土類イオンのドーピングによって効果的に調整できます。そのため、そのアプリケーションの多機能化を実現できます。 ; ④フォノンエネルギーが低く、最大フォノンカットオフ周波数は約550cm-1です。フォノンエネルギーが低いと、非放射遷移の確率が抑制され、放射遷移の確率が増加し、発光量子効率が向上します。 ⑤高熱伝導率 約13.6W/(m・K)と非常に高い熱伝導率

固体レーザー媒体材料として重要です。

日本の神島化学工業が開発した酸化イットリウム透明セラミックス

Y2O3の融点は約2690℃、室温での焼結温度は約1700〜1800℃です。光を透過するセラミックスを作るには、ホットプレスと焼結を使用するのが最適です。 Y2O3 透明セラミックは、その優れた物理的および化学的特性により、ミサイルの赤外線窓およびドーム、可視および赤外線レンズ、高圧ガス放電ランプ、セラミック シンチレーター、セラミック レーザーおよびその他の分野を含めて広く使用されており、開発される可能性があります。