一、高純稀土生產狀況

稀土元素由於其特殊的電子結構，使得它們的物理性質和化學性質都很相似，因此將它們分離就很難，分離出高純單一的稀土就更難。高純單一稀土的一般概念是：認為稀土純度在99.99%--99.999%(4N-5N)，純度在99.9999%(6N)以上，稱為超高純。

我國的稀土資源非常豐富，但在八十年代的時候，我國所用的高純稀土和稀土試劑都要進口，價格也非常昂貴。在稀土分離技術上，國外對我國嚴格保密，而且拒絕轉讓。因此獨立開發生產高純稀土勢在必行，對提高我國的稀土產品檔次，增加稀土資源的附加值，有積極的現實意義。

目前工業化稀土分離主要採用溶劑萃取技術，該技術在八十年代日趨成熟，而廣泛應用於稀土分離工業，應用該技術生產的稀土純度一般在此99.95%以下,個別元素(La,Ce,Y)能達到4N-5N，但要生產4N--6N的其他稀土元素，萃取技術就顯得力不從心了，所以採用離子交換技術就能顯出它的優勢。因此，萃取技術和離子交換技術在稀土分離中，是一種互補的技術手段，萃取技術適合大規模的（數百噸）稀土分組分離，而離子交換技術則適用於小規模的（數噸）高純稀土製備。

九十年代初，我公司和國內的一些高校及研究機構合作，開展高效離子交換技術分離高純稀土的中試和工業化嘗試，經過上百次的試驗，獲得了可靠的工藝參數，確定了合理的工藝流程，後來順利實現工業化生產。就現有的生產設備和工藝技術，在國內處於領先地位，也是國內唯一商業化運轉生產高純和超高純稀土產品的設備。在國際上也只有日本，美國和英國有這種技術生產高純稀土，因此，我們的產品達到了國際水準。產品經過國內外用戶的使用，獲得很高的評價，對我們的產品品質都非常滿意。

二、高純稀土的應用前景

由於稀土元素有非常豐富的4f電子結構，表現出許多光、電、磁的特性，在高科技光電磁材料中，有著不可替代的作用，被譽為二十一世紀的新材料的“寶庫“，目前大量使用的彩電螢光粉，Ni-H電池，高性能磁性材料等，都是稀土在高科技應用中的典範。而高純稀土的應用主要集中在發光材料領域，如：螢光粉、發光粉、晶體材料、光纖材料、光學玻璃等，還有在電子材料、超磁致伸縮材料高科技領域。隨著光電子通訊技術的高速發展，對光電材料要求越來越高，特別對高純稀土的需求也越來越大，發展前景十分美好。

1、晶體材料：主要用>5N的Pr6O11、Nd2O3、Er2O3、Ho2O3、Tm2O3、Lu2O3，Y2O3等。90%以上的鐳射晶體需要摻雜這些高純稀土。

2、光纖材料：用>5N的Er2O3摻雜的光纖，製作長距傳輸光纖放大器，6N-7N的LaF3潛在的新型光纖（研究階段）。

3、光學玻璃：用4N-5N的La2O3、Nd2O3、Er2O3、Pr6O11等，製造高級光學玻璃及鐳射玻璃。

4、發光材料：用>4N的Eu2O3、Tb4O7、Gd2O3、Dy2O3>5N的Y2O3製造顯示器的彩粉、節能燈粉、自發光粉等，現正在開發使用的高清晰顯示器（PDP）所用的純度及粒度要求更高，需求也較大。還有>5N的Sc、Tm、Dy、Ho用於大型鹵光燈。

5、電子材料：主要有可擦拭磁光記錄材料（>4N的Tb、Dy），磁泡存貯材料（>4N的Gd）。在電子陶瓷材料、陰極發射材料、超導材料、發光二極體、高級電容器、閃爍晶體材料等，都不同程度需用高純稀土。

6、超磁致伸縮材料：是一種非常具有潛力的智慧材料，目前主要用於軍事，主要使用高純的Tb、Dy。總之，高純稀土在高科技材料各個領域，佔有十分重要的地位，應用的領域不斷擴大，對純度要求不斷提高，應用數量也不斷增加，前景非常美好，是稀土產品的發展方向。


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稀土農用研究在我國始于七十年代初。多年來，由研製稀土農用產品。到社區試驗再擴展到大面積的使用，不僅在稀土農用技術，而且在基礎理論的研究中都取得了一系列的重要突破。並產生了很大的經濟效益。

從八十年代中期大面積推廣使用稀土至今，已有十幾年時間。這期間有多篇關於稀土農用的增產效果及稀土元素的生理效應的綜合性的總結和綜述。稀土元素植物生理作用的研究對於農業生產合理地使用稀土微肥具有重要的理論意義。本文就近年來有關稀土元素的植物生理效應的研究現狀作一綜述。

1.稀土元素在植物體內的含量，分佈及存在狀態

稀土元素在土壤中廣泛存在，但植物體內稀土元素的含量與多種因素有關。土壤環境，植物的種類，氣候條件等都會使植株內的稀土元素含量差異很大。同一植株的不同器官，不同生長部位的含量也不相同。從整體看，在自然狀態下，植物從土壤中吸收稀土元素後，不同器官中稀土元素的含量由大到小的順序是：根，葉，莖，花，果實。馬玉增，勞秀榮，郝福玲等通過用稀土浸種，分別研究了花生，玉米和小麥對稀土的動態吸收過程和植物各器官對稀土的吸收量，結果表明，含量分佈與在不施稀土的自然狀態下相同。

對稀土元素在植物體記憶體在位置和存在狀態的研究是探索稀土元素的植物生理功能的一條重要途徑。周世恭利用電鏡製片技術使進入小麥幼苗的鑭離子固定在原有位置，採用掃描電鏡與能譜分析相結合的方法進行研究。結果顯示：進入植物體的鑭離子多數沉積在根尖細胞壁上，只有少量積累在生長區皮層細胞壁和葉肉細胞壁上細胞質中未檢出。表明鑭離子主要沿細胞壁和壁外途徑傳遞和分佈，未能通過質膜進入到細胞內。而李齊等以不同濃度Ce(NO3)3處理I-90楊根，再經快速冷凍乾燥，塑膠真空滲透包埋，用透射電鏡能量分散型X射線微區分析法對鈰及其它離子在亞細胞微區間的分佈和含量進行了測定。表明鈰不但進入植物細胞，而且在細胞核內有明顯富集。在此，是由於供試的稀土離子不同，植物的種類不同，還是實驗條件的差別（如稀土處理樣品的方法，植物的生長期不同等）而導致不同的結論，尚不清楚。這方面的工作還有待於進一步深入。

有關稀土在植物體記憶體在形式的研究工作並不多見。這幾年來，只有鐘淑琳報導了從未噴施過稀土的新鮮茶葉中分離出一種稀土－脂多糖，並測定了其分子量。這方面的工作進展緩慢可能是由於植物的組成成分複雜，且稀土－生物分子化合物含量甚微，現有的分離手段難以達到這樣的要求，從而使得這方面的工作較為困難。

2.稀土元素對植物種子萌發和生長發育的影響

大量試驗表明，稀土元素對植物種子的萌發和根的生長有特殊的效應。劉恩俠研究了稀土對向日葵種子萌發和根系生長的影響。結果表明，稀土浸種對種子的發芽率影響不大。適當濃度稀土處理種子，可以提高種子活力，明顯促進幼苗生長。但當濃度過高時，則產生抑制作用。可能是細胞膜或染色體組受到傷害所引起。潘登魁等將油松種子分別用不同濃度的CeCl4和PrCl3浸種處理，結果顯示能誘導種子體內產生脂酶同工酶，有利於脂庫油脂動員，促進種子萌發和幼苗根系增長，同時根系脫氫酶活性增強，並誘導幼苗產生超氧化物歧化酶(SOD)同工酶。光合色素含量高於對照，Chla/b值相對較低。沈博禮等從鑭和鈰對小麥幼苗過氧化物酶和澱粉酶活性及其同工酶的影響作了研究。結果發現過氧化物酶同工酶的活性，尤其是參與生長素代謝的酶的活性有所降低，從而促進植物的生長，這種現象在芽中尤為顯著，另一方面，β－澱粉酶的活性增加，鑭的作用大於鈰，需要更深入的研究。而楊燕生等則從鈣調素(CaM)水準的變化探討了鑭對小麥幼苗生長影響的內在原因。CaM是動植物體中廣泛存在的一種多功能的胞內Ca+2受體，參與細胞增殖及多種生理過程的調控。而La+3可顯著地影響小麥幼苗CaM水準。但由於鑭的定位在胞外，故推斷La+3通過某種機制將信號傳遞到胞內從而影響CaM基因表達。當促進CaM基因表達時（CaM水準上升），蛋白質含量上升，加速細胞分裂，使小麥幼苗生長加快，苗高，苗重增加。反之，則出現相反的結果。楊漢民發現部分鑭系元素能提高枸杞體細胞胚的誘導頻率。原因可能是稀土提高了愈傷組織對養分和無機鹽的吸收和利用，改善了細胞的生長環境，最終促進了胚性細胞向體細胞的轉變和發育。

有關稀土與植物生長激素之間的關係也是人們感興趣的一個方面。一般的結論是在適當濃度的稀土作用下，植物體內的生長素，赤黴素，細胞分裂素等激素的含量均有不同程度的增加。研究表明，LaCl3對生長素誘導的導管分化和形成有促進效應。王則民綜述了稀土植物生長素類固體配合物的合成及其植物生理效應的研究進展情況。王輝合成了一系列化學組成為REL2.3H2O的固體配合物並應用於小麥胚芽鞘的生長研究，發現有促進作用，且作用大小順序與這些配合物在水中的溶解度大小順序一致。配合物的作用效果並非是稀土離子與相應配體二者效果的加和，稀土離子與相應配體表現出明顯的“協同”或“增效”作用。

3.稀土元素對植物礦質營養代謝的影響

大量研究資料表明，施用適當濃度稀土元素能促進植物對養分的吸收，轉化和利用，這已得到許多實驗結果的證實。用富鑭稀土對春小麥噴施或拌種，採用15N，32P示蹤技術檢測，實驗結果顯示春小麥生長發育得到促進，結實穗數和籽粒數也有所增加，表明使用稀土可提高春小麥對氮，磷肥的吸收，運轉，利用，並減少土壤中氮素損失。聶呈榮發現，花生噴施稀土，對根瘤固氮活性和葉片硝酸還原酶活性均有顯著的促進作用，從而提高了葉片氨態氮含量，降低了硝態氮含量，改善了植株的碳氮代謝，對改善品質，提高產量有利。常江發現鑭(10mol/L)和鈣(1mol/L)均可降低水稻根系對K+的親和力，導致K+的吸收下降。鑭可促進磷吸收，而鈣則相反。廖鐵軍研究了稀土在氮，磷均衡營養供應的條件下，對幾種作物的增產刺激作用。認為增產機理在於稀土可促進，協調作物對礦質養分的吸收，刺激酶活性。而且稀土是生理活性物質，必需與大量營養元素進行合理的配用，才能發揮效益。李元沅發現在灰泥田水稻分蘖始期和初穗期噴施稀土離子可使根際容積磁化率提高，並顯著促進水稻對養分的吸收和生長發育。值得注意的是，這是為數不多的一篇涉及到生物磁性方面工作的文獻。

4.稀土元素對植物光合作用的影響

光合作用對植物幹物質的積累和作物產量均有決定性的作用。無論是大田實驗，還是實驗室實驗都明確證明，稀土元素對植物的光合作用有明顯的影響。顯微學研究表明：稀土可增加葉肉組織中葉綠體的數量，提高微管束的排列密度，因此可提高光合作用效率。

稀土元素對糖用甜菜塊根膨大期和糖分積累期光合產物分配的影響可利用CO2示蹤法來檢測。結果顯示，噴施適當濃度稀土元素可提高甜菜同化CO2能力，提高根冠比，改善光合產物的分配，有利於光合產物向塊根運輸。用適當濃度稀土元素在苗期和花針期噴施花生時，可提高葉片葉綠素含量和淨光合強度，因而增加花生莢果產量。劉洪章等用葉面噴施稀土方法，對黑穗醋栗生長進行了研究，發現低濃度(300-800ng/L)處理能顯著增大葉面積，提高葉片葉綠素總量，對葉片光通量密度，氣孔導度和蒸騰速率均有良好的影響，對提高座果率，單株產量等均有益處，而高濃度處理時則出現抑制作用。

有關稀土元素對光合作用產生影響的機理一直是受人關注的一個研究方面。但目前還沒有一種被大家所一致公認的機理。有報導說，鈰對黃瓜葉綠體中葉綠素蛋白質複合物的形成有影響。李賽君等則在甲醇和醋酸體系中合成得到葉綠素－鑭配合物。通過研究葉綠素－鑭和葉綠素a的紫外可見(UV--VIS)和瓷圓二色性譜(MAD)證明，鑭離子已配位到葉綠素的卟啉環上，形成了葉綠素－鑭的配合物。沈博禮等則認為稀土對植物光合能量代謝的影響，主要還是促使PSⅡ蛋白質複合體的活性加強和電子傳遞鏈中電子傳遞速率加快，從而帶動整個光能轉換和光化學反應。還有的研究者發現稀土元素還可以改變葉綠素在細胞內的移動速率。

5.稀土元素對植物抗逆性的影響

大田作物栽培常會遇到諸如乾旱，高溫，低溫，鹽漬，病蟲害等逆境條件。使用稀土，可以增強作物對上述不良環境條件的抵抗能力。用300mg/Kg稀土溶液處理棉花種子，枯萎病發病率可降低18.96%--11.45%，病情指數降低25.6%--17.43%，相對防效分別為29.19%--39.3%。但高濃度稀土則效果不明顯，甚至產生藥害。其他作物施用稀土也都顯示出不同程度的抗病性。對於稀土元素能增強作物的抗逆性和抗病性，寧加賁認為在於稀土離子能與細胞膜的磷脂結合，調節鈣的代謝，並取代Ca+2離子，參與與Ca+2有關的許多生理過程，所以，稀土離子能維持細胞膜的通透性和穩定性，提高細胞膜的保護功能，增強作物對不良環境的抵抗能力。加強代謝過程中的氧化酶活性，有效地抑制病原體侵染，從而提高作物的抗病性。

6.稀土元素對植物的產量，品質的影響

稀土對農作物的效應不僅能提高作物的產量，也有改善品質的作用。這方面的報導很多。如使葡萄的果粒增大，糖酸比提高，改進風味。稀土拌種可使玉米的品質改善，產量提高。噴施稀土可使蘋果和柑橘果實的Vc含量，總糖含量，糖酸比均有所提高，促進果實著色和早熟。並可抑制貯藏過程中呼吸強度，降低爛率。施用稀土複合肥還可減少蔬菜中硝酸鹽的積累，而且降低幅度和趨勢極為明顯。另外還有稀土元素對啤酒花，水稻的產量與品質影響的報導。值得一提的是，胡瑞芝等從細胞膜透性的角度探討了施用稀土對水稻產量影響的機理。實驗結果表明：在水稻生長的中，後期，稀土離子能抑制葉片脂質過氧化產物丙二醛(MAD)的形成，使脂質過氧化作用減弱，延緩細胞膜的破損，穗長和每穗粒數明顯增加，從而增加水稻產量。何友昭等報導，小麥在拔節期噴施稀土可顯著提高產量，他們認為是小麥穗粒數增加的結果，因為錢粒重的變化並不明顯。同時他們還得到了小麥產量與噴施稀土濃度之間的二次曲線相關關係。

7.今後研究工作的方向

多年的研究表明，施用適量的稀土元素對提高作物的產量，品質是有益的。但還不能充分證明其對植物生長的必需性。稀土元素對植物體內的一些生理生化反應有一定的促進作用。但這些作用是植物體內各種影響因素共同作用的結果，而不是稀土元素的單獨作用。今後的工作應進一步著眼於從細胞，亞細胞乃至分子水準上研究稀土元素的植物生理效應。如稀土離子在植物體內的運輸方式，定位及存在形式，作用機制等。弄清楚這些問題不但有助於從理論上指導稀土的推廣應用，而且對認識化學元素在生命科學中的作用也是有意義的。


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據報導，國土資源部礦產資源儲量司副司長許大純27日表示，今年國土部將繼續分礦種制訂“三率”標準，作為資源合理利用的“紅線”，並計畫制定稀土礦、銅、鉛、鋅、鐵、鉀鹽、螢石共7個礦種的“三率”標準。

“三率”標準指開採回採率、選礦(冶)回收率、綜合利用率，是評價我國礦山企業開發利用礦產資源水準的主要指標。國土部表示，未來將全面推進補償費徵收與回採率掛鈎，對“三率”水準高的礦山給予獎勵，並運用經濟手段促進礦產資源合理開發利用。


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今日稀土市場個別品種調價，鈰、釔、銪成交弱，價格下行顯頹勢。

鐠釹金屬價格近兩日較為平穩，市場出貨情況較差，據業內交易者透露，金屬不含稅價格有人報32萬元/噸，主流價格仍在33萬元/噸僵持。氧化鐠釹市場成交減少，目前主流含稅價格仍在30萬元/噸左右，不含稅26萬元/噸已經很難出貨。

氧化鈰市場低迷，近兩周均有貿易商調價，目前395氧化鈰含稅價格已經降至3.6-3.8萬元/噸。氧化釔市場價格又有小幅跌落，據贛州稀土持貨商反映現在價格在8萬元以下也可以出，但是市場主流報價還是在8萬以上。氧化釤市場價格基本較穩，目前含稅價在4萬元/噸左右。

氧化銪銷售情況差，有價無市，多數業內人員反映這個產品走勢不好，目前下游市場用的少，採購問詢寥寥無幾，目前市場主流價格在510萬元/噸左右。氧化鋱市場價格較穩，目前貿易商主流價格在400萬元/噸左右。

廢強磁市場目前交易總量在減少，回收商收貨意願差，回收價格低，小散戶們多願意早點出貨以防價格再降帶來虧損。目前市場交易放緩，觀望心態漸增。


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日本研究小組21日確認在南鳥島周邊海域蘊藏有大量高濃度的稀土礦藏資源。不論日本方面放出的消息是真是假，對於中國在全球稀土市場的影響力所造成的衝擊都將十分有限。相反，日本的特大發現倒將契合了中國在經濟結構轉型大背景下管控稀土出口的舉措。

中國一直是世界主要的稀土供應國，也是日本稀土資源的主要進口國(一度占九成)。不過因領土、資源爭端與中國產生齟齬，日本政府近來大力開發稀土資源供應鏈，一方面向印度、蒙古等國家進口稀土資源，另一方面也努力挖掘內部資源。去年末，日本研究小組發現在南鳥島周邊海域海泥中蘊藏豐富的稀土資源。經過再次探測，日本方面日前宣佈該海域蘊藏有高濃度稀土資源，可供日本使用230年，而且品位超中國稀土礦大約20倍。

不論日本放出的消息是真是假，都中國在世界稀土市場的影響力所造成的衝擊都將有限，短期內也不會改變日本對中國稀土資源整體的依賴。在中國新任領導班子上臺後，經濟轉型成為重中之重。過去中國稀土產業粗獷式的開發模式已難以為繼，存在破壞生態環境等嚴重弊端，因此對中國稀土產業進行整合升級十分必要。既然日本宣稱已經探測到天量的稀土，也沒有道理強化中國以白菜價將這一重要戰略資源賣給自己的輿論壓力，給中國管控稀土出口提供正當理由。畢竟，稀土貿易對於中日兩國來說早已經超出貿易的範疇，而上升到戰略資源的層面。

日本探測到大量高品位稀土資源也不是中國稀土企業的末日。單就數量上講，日本探測到的680萬噸稀土資源相對於中國稀土儲量而言並不算龐大，而且雖然日本發現稀土礦藏，但鑒於深海開採等技術瓶頸，短期內也不會改變日本稀土資源主要依靠外部進口的模式，不會關閉中國稀土企業的去庫存化大門。如何適應新形勢下的生存環境，或是中國稀土企業當下應該思考的問題。


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據監測， 3月26日稀土價格漲跌榜中上漲的商品共0種，下跌的商品共0種，漲跌為0的商品共8種。

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稀土永磁訂單拐點初現,國內釹鐵硼大廠開工率環比走高。目前國內釹鐵硼大廠開工率70-80%,環比12年四季度低點約有10個百分點的改善;從全季度來看,訂單量環比持平甚至有所增長,若剔除2月份春節停工因素,訂單環比增長將更高。

下游企業庫存週期由“去庫”轉為“補庫”。開工率改善主要來自於VCM及消費電子領域需求的改善。12年以來,由於宏觀經濟低迷,以西數、希捷為代表的下游消費電子企業原材料基本按需採購,總體處於去庫存狀態,原材料庫存持續走低,經過1年多去庫存,下游企業原材料庫存均處於較低水準(西數、希捷原材料庫存周轉天數僅分別為6.3、7.5天,處於歷史低位)。

13年以來,隨著全球經濟復蘇態勢的確認,下游企業庫存週期由去庫存轉為補庫存,進而拉動上游釹鐵硼訂單增長。

2月稀土及製品出口量同比大幅增長,一定程度印證庫存週期好轉。值得注意的是,13年2月稀土及製品出口量同比大幅增長47%,由12年同期的1697噸增至2501噸,扭轉了稀土出口自12年初以來的下跌勢頭,雖然增長勢頭的有效性依然需要後續驗證,但也一定程度印證了稀土永磁庫存週期好轉、訂單拐點初現的苗頭。

13-20年全球新能源汽車產量增速有望超50%、混動汽車超20%。根據IEA統計的世界主要國家地區對新能源汽車產業規劃,全球新能源汽車產量有望由12年的25萬輛增長至20年的700萬輛,年複合增長率達52%,至2020年新能源汽車滲透率有望達6.7%。IEA同時預計,隨著新能源汽車經濟性提升與普及,基礎設施配套有望同步進行。根據三井集團預測,全球混合動力汽車產量有望由12年的190萬輛增長至20年的1050萬輛,年複合增長率達24%,至2020年混合動力汽車滲透率有望達10.1%。

燒結釹鐵硼享受新能源與混動汽車高速增長盛宴。首先,驅動電機在混合動力與新能源汽車中不可或缺;其次,驅動電機對磁體磁性能有著極高要求,使得擁有最大磁能積的燒結釹鐵硼成為驅動電機的首選,其他磁體對其替代能力有限。假設PHEV與EV單耗5千克/輛,HEV單耗2.5千克/輛,據此測算,在新能源與混合動力汽車以及汽車EPS拉動下,13-20年全球釹鐵硼需求增速有望超過10%,其中13-17年分別有望達11%、15%、15%、14%、16%。

上調稀土永磁行業至看好評級,推薦中科三環、寧波韻升、安泰科技。短期來看,考慮到下游需求復蘇及補庫存行情,我們認為稀土永磁行業有望逐步走出底部。中長期來看,在節能環保的大趨勢下,新能源與混動汽車正在取得快速進展。我們推薦國內釹鐵硼龍頭中科三環、寧波韻升、安泰科技,三者業內技術領先、擁有優質客戶,同時擁有專利保護協議,未來必將享受新能源與混動汽車高速增長的盛宴。此外,中科三環、寧波韻升目前13年動態PE分別約為27、19倍,在有色板塊估值水準較低,具備較強安全邊際。


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我國是稀土大國，稀土的儲量及產量均占世界首位。由於稀土應用日益擴大，特別在我國已把稀土大量應用于農業、林業，並正在試用于飼養業作為飼料的微量添加劑，稀土將越來越多地進入人類生存的環境和食物鏈，近年來人們對稀土的生物學效應十分關注。許多科學工作者為了闡明稀土進入體內到底是有害還是有益，進行了許多研究和報導。

一、稀土在自然環境與動物和人體中的分佈

鑭（La）鈰（Ce）鐠（Pr）釹（Nd）等稀土元素在自然界中廣泛存在，主要集中在地殼，此外在土壤、水體、大氣和生物體中均有公佈，由於稀土元素在土壤中的化學形態不同，其生物效應往往會有很大差異，而在清潔的河水或湖水中稀土元素含量很低；大氣中氣溶膠含有極微量；公佈趨勢北方高於南方，遠離陸地的海洋上空氣溶膠要比城區低1-2個數量級。植物體內普遍含有但比地殼中低一個數量級，而植物性食品中含量還要低一個數量級。無論施用稀土與否，植物體內的稀土元素均來源於土壤，因此施用稀土可促使植株更多吸收稀土。

稀土元素在人和動物體內的公佈主要積聚在肝和骨中，骨中含量最高，但排出較難，而牙和骨中的分佈代謝相似。隨著年齡的增長有一定積累，但50歲以後開始有穩定和下降的趨勢，這種現象與老年人骨中Ca、P沉度變化相似。

二、外源性稀土在土壤、水體、糧食和畜牧水產品中的蓄積情況

稀土大面積長期在農田施用，稀土在土壤中積累和遷移情況如何，會不會污染水源，都是近年來人們十分關注的問題。

安徽農業大學竺偉民等的實驗結果表明，施用微量稀土對土壤和地下水源不會造成明顯影響，提示目前農用的外源性稀土不會造成環境的污染。有色金屬的研究總院（全國稀土農用中心）對黑龍江省花園農場連續十餘年施用稀土微肥（50克/畝）的土壤和糧食產品進行了稀土含量的分析，結果也表明稀土含量無統計學意義的蓄積。

北京市勞動衛生職業病防治研究所紀雲晶等，對豬（南京農科院畜牧所）、雞（黑龍江省農科院土肥所）、魚（無錫亞州水產漁業研究中心）喂飼4-6個月（20-40mg/kg劑量）提供的檢樣進行分析的結果也表明，除骨骼、個別臟器有微量稀土蓄積外，在秘喂飼稀土的豬、雞、魚肉中與對照級均無檢出。

在商丘稀土微肥生產廠，對稀土作業工人健康檢查的結果表明，除工人頭髮中稀土含量比對照人群偏高外，其他未見異常。

綜上所述，稀土應用所帶來的外源性稀土，無論對環境（土壤、大氣、水）還是農牧漁產品，均未見稀土的明顯蓄積，而對稀土作業工人的健康也未見有不良影響，因此確實無據得出微量輕稀土會對人有什麼危害的結論。


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稀土元素獨特的物理化學性質，決定了它們具有極為廣泛的用途。稀土元素具有獨特的4f電子結構，大的原子磁距，很強的自旋軌道藕合等特性，與其他元素形成稀土配合物時，配位數可在3～12之間變化，並且稀土化合物的晶體結構也是多樣化的。在新材料領域，稀土元素豐富的磁學、電學、熱學、及光學特性得到了廣泛應用。稀土磁效應材料是重要的一組稀土新材料，主要包括稀土永磁材料、稀土超磁致伸縮材料、稀土磁致冷材料、稀土巨磁電阻材料、稀土磁光存儲材料等。

稀土永磁材料

磁性材料早在3000多年前就被人們所認識。西元前4世紀，我國就有了關於磁石吸鐵的文字記載。作為我國古代四大發明之一的指南針，則是歷史上對磁體最早的技術應用。儘管如此，直到上個世紀末，隨著對物質磁性研究的深入和工藝技術水準的提高，永磁材料的應用和研究才可謂真正開始。

在歷史上起過重要作用的永磁材料有碳鋼、鎢鋼、鈷鋼、鐵鎳鋁材料。1935年列寧格勒的科學家在《Nature》上發表一篇短文：Nd-Fe材料具有高於340kA/m4.27KOe矯頑力。從此，稀土永磁材料才逐漸被認識和發展。

1966年，美國學者k.j.Strant等人在實驗室研製出BHmax=40kJ/M3約5.1MGOe的SmCo5粉末粘結永磁材料，成為第一代稀土永磁材料誕生的里程碑。1977年日本的T.Ojima等人利用粉末冶金法研製出BHmax=30MGOe的SmCoCuFeZr7.2永磁材料，達到當時實用永磁體磁能積的最高值，標誌著第二代稀土永磁材料誕生。1983年，日本住友特殊金屬公司的M.Sgawa等人用粉末冶金方法製備釹鐵硼磁體的磁能積BHmax高達36.5MGOe和美國通用汽車GM公司宣佈了以Nd2Fe14B相為基的實用磁體開發成功，標誌第三代釹鐵硼永磁材料誕生。

從1-5型1966年、2-17型1977年到2-14-1型1983年，僅用了17年時間，稀土永磁材料有了三次大飛躍。釹鐵硼永磁材料是國家重點鼓勵發展的高科技產業，高性能釹鐵硼燒結磁體主要應用于微波通訊、電腦、航太、汽車、儀器儀錶、醫療及生物等領域，具有十分廣闊的市場前景。目前，全世界燒結釹鐵硼永磁體的年平均增長率為25％，我國的釹鐵硼企業充分利用稀土大國的資源優勢，發展勢頭強勁，年平均增長率為40％以上。

稀土超磁致伸縮材料

材料在磁場作用下發生長度或體積的變化，這種現象稱磁致伸縮。稀土超磁致伸縮材料是國外80年代末新開發的新型功能材料，主要是指稀土－鐵系金屬間化合物。這類材料具有比鐵、鎳等大得多的磁致伸縮值，其磁致伸縮係數比一般磁致伸縮材料高約100～1000倍，因此被稱為稀土超磁致伸縮材料。特別是上世紀70年代才發現的鋱鏑鐵磁致伸縮材料（Terfenol-D）的研製成功，實現磁?電能－機械能的高效轉換，對尖端技術、軍事技術的發展及傳統產業的現代化產生了重要作用，開闢了磁致伸縮材料的新時代。稀土超磁致伸縮材料開始主要用於聲納，目前已廣泛應用於致動器、石油、高能微型功率源、換能器、衛星定位系統、智慧電噴閥、微型助聽器、超聲洗衣機、醫療器械、感測器、閥門控制、精密車床、機器人、蠕動馬達、阻尼減振、延遲器、太空望遠鏡的調節機構和飛機機翼調節器等，是軍民兩用高附加值的稀土功能材料，具有廣闊的市場前景。

美國邊緣技術EdgeTechnologies公司1989年開始生產稀土超磁致伸縮材料，其商品牌號為Terfenol-D，隨後瑞典FeredynAB公司也生產、銷售稀土超磁致伸縮材料，產品牌號為Magmeg86。近10多年來，日本、俄羅斯、英國和澳大利亞等也相繼研究開發出TbDyFe2型磁致伸縮材料，並有少量產品銷售。據美國前沿技術公司統計，全世界Terfenol-D材料產量，1989年僅為100千克，1993年約1000千克，1995年達到10噸，而到1997年已達到70噸。美國國內每年用於聲納等器件的Terfenol-D材料價值約數百萬到1000萬美元，聲納、油壓機、機器人等器件的市場金額每年約6億美元。最近５年來，Terfenol-D的市場年增長率為100％。我國在上世紀90年代初北京有色金屬研究總院、中國科學院物理所、包頭稀土研究院、北京科技大學、北京鋼鐵研究總院等開始稀土超磁致伸縮材料的研究，實驗室達到較先進水準。在器件研究方面，GMM的應用研究已列入國防科工委的“九五”攻關項目，近1至2年器件應用研究方面進展很快，推動稀土超磁致伸縮材料產業的發展。北京有色金屬研究總院採用直拉工藝製備的鋱鏑鐵TbDyFe2的磁致伸縮係數高達1600ppm，並已成功研發熔煉、澆鑄、定向凝固、熱處理在同一台設備實現的一步法新工藝，特別適用於製備大直徑?Φ50ｍｍ～Φ70mm、多規格的稀土超磁致伸縮材料。

稀土磁致冷材料

磁致冷材料是用於磁致冷系統的具有磁熱效應的物質。磁致冷首先是給材料加磁場，使磁矩按磁場方向整齊排列、磁熵變小，然後再撤去磁場，使磁矩的方向變得雜亂、磁熵變大，這時材料從周圍吸收熱量，通過熱交換使周圍環境的溫度降低，達到致冷的目的。磁致冷材料是磁致冷機的核心部分，即一般稱謂的製冷劑或製冷工質。磁致冷材料基本都是以稀土金屬為主要組元的材料或化合物，尤其是室溫磁致冷幾乎全是採用稀土金屬Gd或Gd基材料。這種材料有Gd3Ga5O12GGG石榴石，GGG還可用作磁泡記憶體晶體材料Dy:Al5O12DAG石榴石等。其他材料還有Dy2Ti2O7、Dy2Ti2O7、Gd3Al5O12、GdOH3、Gd2PO33和DyPO4等。目前一種新型磁致冷材料Gd5Si4Ge2已被開發出來，其優點是磁熱效應大，且使用溫度可以從30k左右調整到290k。美國已成功開發出第一台室溫磁致冷樣機。用磁致冷材料代替傳統製冷劑，不僅可以減少環境污染，還可以節約電能，且致冷材料可以重複使用。另外，在超導研究中，需用液氦冷卻超導體，氦價格昂貴，磁致冷機可用於液化蒸發的液氦，減少氦的損失。也許有一天冰箱和空調機中也會採用磁致冷機。低溫磁致冷裝置具有小型化和高效率等獨特優點，廣泛應用於低溫物理、磁共振成像儀、粒子加速器、空間技術、遠紅外探測及微波接收等領域，某些特殊用途的電子系統在低溫環境下，其可靠性和靈敏度能夠顯著提高。磁致冷是使用無害、無環境污染的稀土材料作為製冷工質，若取代目前使用氟里昂製冷劑的冷凍機、電冰箱、冰櫃及空調器等，可以消除由於生產和使用氟里昂類製冷劑所造成的環境污染和大氣臭氧層的破壞，因而能保護人類的生存環境，具有顯著的環境和社會效益。

　1984年80多個國家參加簽署的《關於消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書》規定，為了防止生產和使用氟氯碳類化合物造成的大氣臭氧層的破壞，到2000年全世界將限制和禁止使用氟里昂製冷劑，我國於1991年6月加入這個國際公約並作出規定，到2010年我國將禁止生產和使用氟里昂等氟氯碳和氫氟氯碳類化合物。因此，需要加快研究開發無害的新型製冷劑或不使用氟里昂製冷劑的其他類型製冷技術。迄今，在有關這方面的研究開發中，發現磁致冷是製冷效率高，能量消耗低，無污染的製冷方法之一。從目前美國室溫磁致冷技術研究進展情況看，在3到5年內，室溫磁致冷技術有可能在汽車空調系統中得到實際應用之後，並將進一步開發家用空調和電冰箱等磁致冷裝置。目前，磁致冷材料、技術和裝置的研究開發，美國和日本居領先水準，這些發達國家都把磁致冷技術研究開發列為本世紀末21世紀初的重點攻關專案，投入了大量資金、人力和物力，競爭極為激烈，都想搶先佔領這一高新技術領域。

稀土巨磁電阻材料

巨磁電阻GMR材料是指在外磁場的作用下電阻可顯著降低的一類功能性材料。GMR材料主要包括?Fe/Cr普通多層膜、NiFe/Cu/NiFe/FeMn自旋閥薄膜、Co/Cu二元或多元複合顆粒鑲嵌薄膜、Fe/Al2O3/Fe隧道結薄膜、NiFe/Ag間斷多層膜及類鈣鈦礦RE1-xAxMnO3型錳氧化物薄膜?RE為稀土，A為鹼土金屬。1993年，英國Helemolt等人首先在La2/3Ba1/3MnO3薄膜中觀察到GMR效應，並提出了一系列物理與材料的基礎和技術難題，在全球範圍內迅速形成了研究錳氧化物GMR效應的熱潮。1995年，熊光成等人在美國Maryland大學發現鈣鈦礦型錳氧化物Nd-Sr-Mn-O中在77Ｋ、外場8T時，GMR值達到創記錄的106%。但該效應需要低溫<200Ｋ和很大的外場一般為5～8Ｔ才能顯示出來，限制了鈣鈦礦型稀土錳氧化物巨磁電阻材料的應用。能否提高使用溫度和降低外場是目前鈣鈦礦型稀土錳氧化物巨磁電阻材料實用化的關鍵。稀土巨磁電阻材料作磁性“讀寫頭”，可望將電腦的硬碟容量擴大20倍，每平方英寸達100億個數據點。稀土巨磁電阻材料應用前景廣闊，如巨磁電阻感測器速度、加速度、角度、轉速感測器、高密度和超高密度磁記錄讀磁頭、隨機記憶體MRAM、具有高密度和高保密特性的IC卡等。

稀土磁光存儲材料

磁光存儲材料的研究早在上世紀50年代就開始了。1957年英國Williams等人研究使用MnBi薄膜磁化並用光讀取資料，從此開展了磁光存儲的研究。特別是1973年，日本櫻井等人發現的稀土－過渡族金屬非晶態膜GdCo作為磁光存儲材料是有前途的，以此為契機推動了磁光存儲材料的飛速發展。加上半導體鐳射、制膜等周邊技術的發展，大大推進了磁光存儲技術發展。10多年來，日、美、德等發達國家投入了大量的人力、物力，竟相研發磁光記錄材料、技術和裝置。稀土磁光存儲材料是稀土與過渡金屬的非晶態薄膜RE-TM,RE＝Gd、Tb、Dy，TM=Fe,Co；RE-TM非晶態薄膜垂直磁化膜具有較大各向異性，存儲密度高；因是非晶態故反射均勻、信噪比高、信號品質好；室溫矯頑力大10KOe，信號不易損壞，可靠性高；居裏溫度可調整到100℃左右，寫入溫度低。這種材料被用作磁光碟MO，可隨機讀寫資訊，容量極大?可達2.6GB，讀寫速度快。磁光存儲材料在資訊時代發揮著重要作用。日本于1988年研製成功第一代磁光碟並投放市場，1995生產的5.25英寸磁光碟雙面存儲容量達到1000ＭＢ。磁光碟兼具有磁片和光碟兩者優點，即可以直接重寫作業、容量大、壽命長。在強大的市場驅動下磁光碟已經完成了第一代180MB、第二代230ＭＢ的歷程，第三代磁光碟640MB已經工業化生產並廣泛應用，目前已經進入了第四代1300MB的研發階段。磁光碟主要用於大容量資料存取、廣告、娛樂業等。5.25英寸磁光碟逐漸淘汰，3.5英寸磁光碟為主流，2.5英寸磁光碟為家庭數碼電器?數碼相機、數碼攝像機等?主流。用GdFeCo、TbFeCo、TbFeCoAl等金屬間化合物薄膜製成光碟，探找可實現垂直磁化的、抗氧化的、長壽命的40年新型磁記錄材料，以提高存儲密度?100Gbit/in2和存儲速度。我國也十分重視磁光碟高新技術研發。

中科院上海冶金研究所和成都電子科技大學等單位於1991年和1992年研製成功可直接重寫的磁光碟。我國惟一年產40萬張磁光碟640ＭＢ生產線已於1996年8月在成都電子科技大學四川天極實業有限公司建成投產。我國稀土磁光碟研究與生產和發達國家相比，差距很大，迫切需要開展稀土磁光靶材及磁光碟研究。


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1　前言

早在50年代我國仿製的飛機和導彈的蒙皮、框架及發動機機匣已採用稀土鎂合金，70年代後，隨著我國稀土工業的迅速發展，航空稀土開發應用跨入了自行研製的新階段。新型稀土鎂合金、鋁合金、鈦合金、高溫合金、非金屬材料、功能材料及稀土電機產品也在殲擊機、強擊機、直升機、無人駕駛機、民航機以及導彈衛星等產品上逐步得到推廣和應用。

2　稀土材料及其在航空工業中的應用

2.1　稀土鎂合金

稀土鎂合金比強度較高，對減輕飛機重量，提高戰術性能具有廣泛的應用前景。中國航空工業總公司（簡稱：中航總）研製的稀土鎂合金包括鑄造鎂合金及變形鎂合金約有10多個牌號，很多牌號已用於生產，品質穩定。例如：以稀土金屬釹為主要添加元素的ZM6鑄造鎂合金已擴大用於直升機後減速機匣、殲擊機翼肋及30KW發電機的轉子引線壓板等重要零件。中航總與有色金屬總公司聯合研製的稀土高強鎂合金BM25已代替部分中強鋁合金，在強擊機上獲得應用。“八、五”期間，為了擴大稀土鎂合金的推廣應用，還開展了稀土鎂合金在醫學工程上的應用。目前該材料正在做醫學生物實驗，有望稀土鎂合金作為人工骨接材料代替現用金屬夾具，減少病人第二次取出夾具的手術，又將開闢了一個新的廣闊的應用天地。

稀土鑄造鎂合金主要用作200～300℃以下長期使用，它具有好的高溫強度和長期抗蠕變性能。各種稀土元素在鎂中的溶解度不同，增加的順序為鑭、混合稀土、鈰、鐠、釹。它對常溫、高溫力學性能的良好影響也隨之增加。中航總研製的以釹為主要添加元素的ZM6合金在熱處理後不但具有高的室溫力學性能，而且還有良好的高溫暫態力學性能和抗蠕變性能，可在室溫下使用，也可在250℃下長期使用。隨著含釔抗蝕新型鑄造鎂合金的出現，近年來鑄造鎂合金重新受到國外航空工業的青眯。

在鎂合金中添加適量的稀土金屬以後，可以增加合金的流動性，降低微孔率，提高氣密性，顯著改善熱裂和疏鬆現象，使合金在200～300℃高溫下仍具有高的強度和抗蠕變性能。2．2稀土鈦合金

70年代初，北京航空材料研究院（簡稱：航材院）在Ti－A1－Mo系鈦合金中用稀土金屬鈰（Ce）取代部分鋁、矽，限制了脆性相的析出，使合金在提高耐熱強度的同時，也改善熱穩定性能。以此基礎上，又研製出了性能良好的含鈰的鑄造高溫鈦合金ＺT3。它與國際同類合金相比，在耐熱強度及工藝性能方面均具有一定的優勢。用它製造的壓氣機匣用於WPI3Ⅱ發動機，每架飛機減重達39公斤，提高推重比1.5％，此外減少加工工序約30％，取得了明顯的技術經濟效益，填補了我國航空發動機在500℃條件下使用鑄鈦機匣的空白。研究表明，含鈰的ZT3合金組織中存在著細小的氧化鈰質點。鈰化合了合金中的一部分氧，形成了難熔的、高硬度的稀土氧化物質點Ce203。這些質點在合金形變過程中阻礙了位錯運動，提高了合金高溫性能，鈰奪取了一部分氣體雜質（尤其是在晶界上的），就有可能在使合金強化的同時，保持良好的熱穩定性能。這是在鑄造鈦合金中應用難溶質點強化理論的首次嘗試。

此外航材院在鈦合金溶模精密鑄造工藝中，經多年研究，採用了特殊的礦化處理技術，研製出了穩定廉價的氧化釔砂料與粉料，它在比重、硬度和對鈦液的穩定性上，都達到了較好的水準，而在調節控制殼料漿性能上，表現出更大的優越性。用氧化釔型殼製造鈦鑄件的突出優點是：在鑄件品質和工藝水準與鎢面層工藝相當的條件下，能製造比鎢面層工藝更薄的鈦合金鑄件。目前，該工藝已廣泛用於製造各種飛機、發動機及民品鑄件。

2.3　稀土鋁合金

中航總研製的含稀土耐熱鑄造鋁合金HZL206，與國外含鎳的合金比較，具有優越的高溫和常溫力學性能，並已達到國外同類合金的先進水準。現已用於直升機和殲擊機工作溫度達300℃的耐壓閥門，取代了鋼和鈦合金。減輕了結構重量，已投入批量生產。稀土鋁矽過共晶ＺL117合金在200～300℃下的拉伸強度超過西德活塞合金KS280和KS282，耐磨性能比常用活塞合金ＺL108提高4～5倍，線膨脹係數小，尺寸穩定性好，已用於航空附件KY－5，KY－7空壓機和航模發動機活塞。稀土元素加入鋁合金中，明顯改善顯微組織和機械性能。稀土元素在鋁合金中的作用機制為：形成分散分佈，細小的鋁化合物起著顯著的第二相強化作用；稀土元素的加入起到了除氣淨化作用，從而減少合金中氣孔的數量，提高合金的性能；稀土鋁化合物作為異質晶核細化晶粒和共晶相，也是一種變質劑；稀土元素促進了富鐵相的形成和細化，減少了富鐵相的有害作用。α－A1中Fe的固溶量隨稀土加入量的增加而減少。也對提高強度和塑性有利。

2.4　稀土非全屬材料

稀土有機灌注料XZ－1已用於高性能發動機控油系統的燃油電磁開關，液壓電磁開關等八種電磁鐵產品，由於成本低，施工簡便，因此可以大量取代環氧灌注料，具有很好的經濟效益。系統防老化橡膠塗料KF－1的研製成功，解決了長期以來飛機油箱使用壽命短的難題，KF－1的投入使用，使得飛機油箱使用壽命由原來的3～5年延長到15～20年，並提高了使用性能，取得了顯著的技術經濟效益。含Y2O3的MCrAIY塗層是發動機渦輪葉片、導向葉片等發動機熱端部件用的可設計成分的第三代塗層，已在國外高性能、長壽命發動機上得到應用。航材院採用磁控濺射沉積工藝和多弧離子鍍技術已研製成功這種塗層系列，其抗熱腐蝕及綜合性能已達到國外同類塗層的先進水準。該塗層系列已被高溫合金、定向凝固合金、單晶合金和Ni－A1基合金渦輪葉片、導向葉片選用，作為高溫抗氧化塗層已在先進發動機和地面燃氣渦輪機上使用。Y2O3在該系列塗層中起著塗層與基體合金的“釘紮”作用，顯著提高了塗層與基體的結合力。

稀土添加劑在化學熱處理方面也起到了重要的作用，由於稀土元素具有特定的電子結構和很高的化學活性，在化學熱處理中有顯著的活化作用，對改善滲層的組織和性能及提高滲層速度有明顯的效果。中航總310廠將常規滲碳、氮和碳氮共滲與加入稀土添加劑工藝進行比較，滲劑中加入稀土元素，初步試驗研究表明滲速可提高30％。加入稀土的高速鋼氮碳共滲硬度Hv從933～946可提高1350～1478。稀土元素用於化學熱處理的方法簡便易行，對設備無特殊要求，對提高產品重量和節省能源都具有重要意義，有很好的推廣應用價值。

2.5　稀土永磁材料

稀土永磁材料發展十分迅速，現已在許多領域裏得到了廣泛的應用，成為當代新技術的重要物資基礎。自80年代以來利用釤鈷合金做稀土永磁電機。產品類型包括伺服電動機、驅動電動機、汽車啟動機、地面軍用電機、航空電機等，部分產品出口，釤鈷永磁合金的主要特點是：（1）退磁曲線基本上是一條直線，其斜率接近於逆磁導率，即回復直線近似與去磁曲線重合；（２）具有極大的矯頑力，有很強的抗去磁能力；（3）具有很高的最大磁能積；（4）可逆溫度係數很小，磁性的溫度穩定性較好，由於以上特點，稀土釤鈷永磁合金特別適合在開路狀態、壓力場合、退磁場情況或動態情況下運用，並適合製造體積的小的元件。

中航總125廠生產的160LY?.2永磁直流力矩電機使用釹鐵硼（NTP200／6４）磁鋼。用釹鐵硼永磁代替釤鈷永磁成本降低，性能提高。該廠生產的QZDM01－Ｈ稀土永磁淺車啟動機，使用了釹鐵硼磁鋼，該產品為稀土減速啟動機。使用稀土磁鋼，使啟動機體積小、效率高、輸出力矩大、啟動速度快。國內SmCo系永磁材料的溫度係數待改進，NdFeB系永磁材料的高溫穩定性和耐腐蝕性需要進一步提高，粘結NdFeB系永磁材料還處於研製開發階段。

永磁材料的發展先後經歷了鐵氧體階段（磁能積4.6MGOe），AINiCo合金階段（磁能積11.5MGOe），SmCo階段（磁能積31.0MGOe），NdFeB階段（磁能積43MGOe）。鈦鐵硼稀土永磁材料的研製成功，使耳機、揚聲器、步進電機、無芯電機等實現了超小型化。美國通用汽車公司在1000cc汽車發動機上採用NdFeB永磁體，使發動機重量減少40～50％，尺寸減少45％。若能提高該材料的使用溫度，將開闢該材料更為廣泛的應用前景。

3　稀土元素在航空材料發展中的作用

稀土元素在航空材料發展中的作有是由稀土元素的性質決定的。稀土元素的原子半徑大於常見金屬如Al、Mg等，因此稀土元素在這些金屬中的固溶度極低，幾乎不能形成固溶體；由於稀土元素具有很高的化學活性，稀土元素在化學反應中異常活潑，極易與氣體（如氧）、非金屬（如硫）及金屬作用，生成相應穩定的化合物；這些新形成的化合物多數是溶點高、密度小、化學性質穩定，稀土元素在金屬中的作用大體可歸納為如下幾個方面：

（1）減輕非金屬雜質的有害影響。氫是鋼和鋁合金的有害雜質，溶入液態金屬的氫凝固時以原子態析出，聚集成分子，導致出現晶間裂紋、疏鬆和針孔等氫致缺陷，給鑄造、塑性加工和性能帶來嚴重危害，實驗表明鋁及其合金中加入適量稀土（0.1～0.3％）將明顯的降低氫的含量，起到減少氫的危害作用提高合金的性能，此外稀土金屬也有降低鋁中硫和氧含量的效果。其化學反應式如下：

4/3［RE］＋2［O］→2/3RE203（固）
[RE]十[H]→REH(固）
RE（瓶）十MnS（固）→RES（固）＋Mn（瓶）

反應生成的稀土化合物，熔點高、比重輕，上浮成渣。而它們的微小的質點則成為鋁結晶過程的異質晶核。

（２）細化晶粒和枝晶組織，提高熱塑性。稀土可細化合金的鑄態組織，使枝晶網路更為清晰，從而改善合金的熱塑性。稀土化合物微小的固態質點提供了異質晶核或在結晶介面上偏聚阻礙晶胞的長大，為鋼液結晶細化提供了較好的熱力條件。

（3）改變夾雜物的形態和分佈。稀土與雜質形成化合物，在晶界析出，改變了原來的固溶存在方式，使夾雜物量降低。

（4）產生強化作用，稀土加入合金中使氫氧和夾雜物量降低，又細化了晶粒和枝晶網路，稀土與非金屬元素作用產生高溶點的化合物彌散於基體中，稀土與金屬元素生成高溶點的金屬問化合物，即消除粗大塊狀組織，又穩定晶界，這些都起到了提高材料強度的作用。（５）稀土的引入提高了含稀土合金材料的耐腐蝕性和抗高溫氧化性能。稀土元素的加入在鑄造、鍛造、焊接、熱處理及表面塗層技術中也作了一些研究，許多都取得了正的效應，但稀土元素在這些熱工藝過程中及製件中所超的作用機理有待進一步開發研究。

4　稀土在航空材料上的應用展望

由於稀土金屬的原子半徑大，極易失掉最外層2個s電子和次層的5d一個電子或4f的一個電子，而成三價離子。因此稀土金屬在化學反應中異常活潑，極易與其他物質反應。又由於稀土元素具有電子未完全充滿4f層的特性，而引導出各種磁、電和光的特性效應以及其他特殊性能。稀土元素的這些有吸引力的性能及廣闊的潛在用途，引起了航空材料科學家的極大重視及廣泛的研究，近期的研究重點：

4.1　稀土陶瓷材料

稀土材料在高推比航空發動機上的應用出現新進展。近年來中航總公司開展了稀土在結構陶瓷方面的應用研究。氮化矽陶瓷具有高溫下強度高、抗熱震性能好、高溫蠕變小等優良的性能，是一種最有希望用於高推重比發動機的新型結構陶瓷材料。氮化矽陶瓷仍遵循著液相燒結機理，需加入一些氧化物添加劑與Si3N4，顆粒表面的出SiO2層反應，生成液相以促進燒結。引入A120３，、MgO等氧化物為燒結助劑後，氮化矽陶瓷的斷裂韌性和強度並不高，但引人稀土氧化物Y2O3即Y203一A1203，或Y2O3一MgO為燒結助劑，氮化矽陶瓷的常溫斷裂韌性和強度得到明顯的改善，但高溫性能並不好。近年來的研究發現以稀土氧化物Y203和La203為添加劑，材料的力學性能大幅度提高，尤其是高溫斷裂韌性得到明顯改善。研究表明：Y2O3和La203的引入對氮化矽陶瓷中β一Si3N4，晶粒的生長行為有重要影響，從而影響了氮化矽陶瓷的結構和性能。選適當比例和含量的Y203和La2O3作添加劑，可得到軸比較大的β一Si3N4晶粒，這樣使氮化矽陶瓷產生了自增韌的效果。陶瓷屬脆性材料，一般不能用於結構件。為了克服其脆性。通常引入纖維、晶須等增強組份，但這就產生了不同形態的組份難以均勻分散，給製造工藝帶來困難。目前這一問題正是限制陶瓷料在高技術領域裏應用的關健。將稀土氧化物引入陶瓷粉未中，能夠在陶瓷燒結過程中產生原位增韌即自增韌的效果，恰好克服了上述引入纖維、晶須等帶來的製造上的困難。因此在陶瓷材料中引入稀土氧化物，將為陶瓷材料在高新技術領域裏開闊一個更為廣闊的應用前景。專用積體電路為適應作戰需要，必須抗輻射加固，提高可靠性，同時積體電路和電腦技術向更高電路密度和更快運算速度發展，均推動陶瓷材料基片及其封裝向更高性能和更精細工藝方向發展。作為基片材料，必須滿足低介電常數，高熱導率，高機械強度，與半導體晶片相匹配的熱膨脹係數。氮化鋁（AIN）多層基片與傳統的氧化鋁（A1203）基片相比，有較高的導熱率，適用于高功耗、高引線數和大尺寸晶片，成為近年來航空及軍工行業開發的重點。採用稀土氧化釔（Y203，）和氧化鈣混合添加劑，可以降低氮化鋁的燒結溫度，促進燒結。這種摻雜後的氮化鋁（AIN）陶瓷，導熱率260W／（m.K），適於高密度佈線，熱阻僅為同樣結構和相同引線數的氧化鋁封裝的1/4,這種基片已用於含1800個輸入／輸出頭的電腦系統的多層佈線陣列的封裝。

4.2　稀土永磁材料

稀土永磁材料是製備高性能微波功率管一行波管的關鍵材料。現代軍事通訊、雷達、導彈制導和電子戰都需要各種行波管，其特點是工作頻帶寬（2～18GHz），效率高（達50％）。海灣戰爭中美國使用的電子干擾設備、預警飛機、火控雷達、精密制導系統，都用了大量高性能寬頻大功率行波管，製造這些高功率行波管的關鍵是高磁能積、低溫度係數的稀土永磁材料。這材料對實現軍用電機的高效率、小型化和輕質化，以及促進軍用電腦性能的提高也是十分重要的。根據我國目前稀土永磁材料發展的實際情況，今後在航空航太領域裏稀土永磁材料研製開發的主要方向有：（1）高穩一性SmCo系永磁材料；（２）高工作溫度NdFeB系永磁材料；（3）快淬NdFeB磁粉及粘結NdFeB系永磁材料；（４）新型SmFeN系永磁材料；（５）低成本、高性能第四代稀土永磁材料。4．3稀土鋁合金航空用A1-Cu-Mg-Fe-Ni系耐熱鋁合金LD7和LD8的工作溫度不能超過270℃，Al-Cu-Mn系的LYI6或2021的工作溫度不能超過300℃，除了燒結鋁粉末外，還沒有可在350～400℃下工作的鋁合金。Sc能將鋁合金的再結晶溫度提高到450～550℃，共格沉澱相A13Sc特別是與Zr複合形成的A13（ScZr）的熱穩定性極高，在350℃或450℃長時間加熱時質點尺寸長大速度極慢，而且能長期保持共格性不破壞，是開發工作溫度大於350℃的耐熱鋁合金最有希望的合金元素。目前，航空用綜合性能最好的高強高韌鋁合金是A1-Zn-Mg-Cu-Zr系的7075、7150和7010，它用Zr代替了Mn和Cr，顯著提高了合金的淬透性，適於生產厚板（≥75mm）。但是，這類合金的鑄造性能極差，厚向強韌性還不夠高。若加入0．1～0．2％Sr與Zr形成共格沉澱相A13（ScZr），除了增加強度外，還能使再結晶溫度提高。A13Sc質點抑制合金的再結晶，得到未再結晶組織，起到亞結構強化的作用，能改善板材厚向的強韌性。經過充分時效，疲勞強度、斷裂韌性（K1c。）和抗應力腐蝕能力（SCR）得到明顯的提高，為火箭和飛行器開發出新一代超高強高韌鋁合金是完全有可能的。

4.4　稀土高溫合全

稀土元素對改善高溫合金的性能作用顯著。高溫合金用於航空發動機的熱端部件，但由於在高溫下抗氧化、耐腐蝕及強度的下降，使得航空發動機性能的進一步提高受到限制。近期的研究表明：鎳基合金中添加少量稀土後，提高了抗硫化性能及高溫強度和熱塑性。鈷基合金中加入0．1～0．2％釔、鎳基合金中加入銅或鈰，能使材料的耐腐蝕性能提高10倍。在鎳鉻合金中，稀土對提高合金的抗氧化性能有明顯的作用，如在Ni-30Cr合金中加0.3％Y；0.05％La和Ce，合金在1200℃和1300℃下的壽命分別為2970小時和613小時，而未加稀土同一鎳鉻合金，在上述溫度下，其壽命僅為1518小時和270小時。稀土元素對高技術新材料研究與發展有密切的關係，更深入地研究稀土元素在航空材料中的作用及其機理，稀土元素對性能變化的影響規律，從而更廣泛地探求新的航空材料，開發高技術產品乃是稀土材料研究者的歷史使命。近年來偏重於研究稀土對改善材料性能的作用，而對稀土的作用機理研究得不夠，為使稀土在材料中的應用建立在扎實的科學基礎上，為了開發更多更好的稀土金屬及非金屬新材料，必須就稀土對材料的改性機理進行系統深入的研究。結合我國豐富的稀土元素（La、Ce、Nd、Yb、Dy、Sc等），開展這些稀土與材料學的系統深入研究，旨在為有效合理利用各個稀土的特性開拓新的應用途徑，取得更多的稀土一材料專利，將我國稀土材料建立在自己的知識產權上。

航空稀土開發應用在“七五”、“八五”期間，通過稀土元素對新材料的作用及提高材料的應用功能，延長其使用壽命，提高經濟效益等方面做了許多工作。但在稀土材料的開發應用方面，在更好發揮航空稀土材料功能方面還遠沒有挖掘出巨大的潛力，仍需要我們繼續不懈的努力開發，更進一步的深入研究與應用。稀土作為我國在國際上的優勢產業，其國際市場的佔有率逐年提高，其地位也越來越重要。我們應該抓住機遇，加速稀土在航空工業的開發和應用。綜上所述，稀土元素有強化金屬材料，減少其雜質的有害影響、改變夾雜物的形態和分佈、提高抗腐蝕和抗氧化性能等作用。已經發展了許多航空用稀土鎂合金、鋁合金、鈦合金、高溫合金及功能材料，並在應用中取得了良好的技術經濟效益，但這些已取得的成就與稀土在航空材料發展中特殊作用及其潛在的用途相比，只能說是開發稀土的一個良好開端，這點成績與我們稀土大國的地位也極不相稱。為充分滿足國民經濟和高技術發展的需求，今後應該在航空稀土材料應用基礎理論和科研究成果的工程應用兩個方面加強研究，並加大投資力度，為稀土的深入開發，加速我國稀土材料發展，建立具有中國特色的材料科學及其工程應用體系，充分發揮我國稀土資源優勢。


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