【知识】稀土在塑料中的应用
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- 发布于 2013年3月28日 星期四 16:45
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1.稀土聚氯乙烯无毒稳定剂
由于聚氯乙烯（PVC）树脂成型加工温度高于分解温度，在成型制品时需加入一种稳定剂，使其分解温度提高到成型加工温度以上，分解温度越高，其热稳定效果越好，成型越容易，传统使用的热稳定剂主要是铅盐和金属皂盐。这些热稳定剂有毒，而且加入量大，制品不透明。
包头塑料工业科学研究所研制的稀土无毒稳定剂具有下述特点：（1）所选稀土品种为弱碱性，有助于吸附聚氯乙烯分解时释放出的氯化氢，而游离氯化氢是聚氯乙烯继续分解的促进剂；（2）稀土热稳定剂在高剪切力和250℃高温下相对稳定，且不和聚氯乙烯树脂起反应，也不自分解成能促进聚氯乙烯分解的物质；（3）稀土化合物经烘干、粉碎过400目筛，产品无杂质，易分散混合；（4）该稀土稳定剂为有机弱酸盐，主要为降低稀土稳定剂碱性，防止碱性过强造成从聚氯乙烯树脂中加速脱氯化氢反应产生。
该稳定剂可应用于所有聚氯乙烯制品。主要优点是：加入量少、无毒、与树脂易混合且分散均匀，提高挤出量，易塑化，制品光泽度好，半透明，各项理化性能和传统铅稳定剂相比均有不同程度提高。
2．稀土改性MC尼龙
MC尼龙由于其设备投资少，成型工艺简单，在尼龙系列产品中性能优良，尤其适于小批量、重量大的制品，近年发展速度极快。但普通MC尼龙制品由于吸水率大，制品尺寸稳定性不好，易磨损，使MC尼龙的应用受到了一定的限制。
稀土改性MC尼龙克服了上述缺点，在尼龙单体活化过程中，加入稀土改性剂，改变了MC尼龙的结晶形态和结晶度，加大了聚合分子量，分子量分布更趋一致、合理。从而改善了MC尼龙的尺寸稳定性，提高了耐磨度，各项力学性能均有不同程度的提高。扩大了在齿轮、轴套、蜗轮、滑块及耐水流、风力冲刷环境中的应用。
稀土尼龙板经包头各稀土厂在矿物浮选中作刮板使用，与普通MC尼龙板相比，寿命提高50％以上。各瓷厂在搅泥机中代替铜套使用，耐磨度提高一倍，且不污染原料，瓷产品一级品率提高5％以上。
3．稀土光致发光塑料
发光塑料制品是近年来兴起的一种高附加值新型功能材料，传统使用的发光材料以硫化物为基质，银和锰为激发剂的发光物质。这些发光物质光亮度差，发光时间短，只呈现某种颜色光，没有光转换功能。
稀土离子的发光特点是：（1）被激发的稀土离子中处于激发态的电子其寿命比普通原子激发态寿命长得多；（2）稀土在固体中，特别在晶体中会形成发光中心，磷光体被激发时，晶体中会出现电子和空穴，激发停止后，磷光体仍可发光；（3）在稀土激活的磷光体中容易掺杂、敏化；（4）可制备出不同特征的磷光体，如不同余辉，不同颜色等；（5）亮度高，耐烧伤，化学稳定性好；（6）制备及应用工艺简单。
稀土离子的发光过程可分为三步：（1）基质晶格吸收激发能；（2）基质晶格将吸收的激发能传递给激活离子，使其激发；（3）被激发的稀土离子发出荧光而返回基质。目前，国内外制造的稀土光致发光塑料均以紫外光为激发光源，其波长范围为310～400nm，为了充分地吸收紫外光辐射的能量，在制备发光塑料制品时，填加有机染料，该染料在345～375nm区间有一个强吸收带，其谱带尽可能宽一些。因为处于基态上的电子只有吸收了能量后才能被激发，被激发的电子多，才能产生强的荧光。另一方面，在可见光区应产生一个荧光谱带，谱带越强越好，并尽可能宽一些，这说明量子效率高。虽然谱带宽会导致饱和度下降，但对受紫外光激发的发光塑料而言，略降饱和度而得到高的量子效率是值得的。发光塑料广泛用于灯箱广告、舞台设计、交通标志、夜间安全服饰、家用电器等。特别是在光转换农用大棚膜上，由于可见光转为红外光，对提高地温，加速植物的光合作用，除草灭虫，改变农作物营养成份均有明显效果。
4．稀土磁性塑料
稀土磁性塑料是将钕铁硼稀土永磁材料粉末加入塑料树脂中，经充分混合熔融，在充磁机的磁化下，生产出各类磁性塑料制品。稀土磁性塑料的生产，主要注意下述事项：（1）稀土磁粉的细度要适当，太粗易产生沉降和挤出困难；（2）稀土磁粉粗细比例配合要合适，粗磁粉有助于提高磁性能，细磁粉有助于增大磁性能，其磁粉粗细又和塑料品种、塑化温度、充磁机强度和位置有关；（3）稀土磁粉根据不同塑料品种选择合适偶联剂进行活化处理，有助于金属磁粉和高聚物混合；（4）充磁机选择要合适，其充磁过程最好在塑料呈液体状态时进行，这样磁粉在进行有序排列时所受外力最小。
稀土磁性塑料可采用浇铸、注塑、挤出、涂饰等工艺生产。
5．稀土在塑料中的其它应用
5．1稀土的防老化性能
塑料成型加工时加入某种稀土化合物可大大延缓塑料制品的老化寿命。在塑料异型材生产中加入0.5份稀土化合物和同样配方不加稀土化合物进行氙灯光源曝露试验，结果老化系数提高0.5倍以上。
5．2稀土可改善塑料着色性能
在塑料成型加工中，加入钕、镨等化合物，经某种化学处理后，产品呈钕紫、镨黄色，其光泽柔和、鲜亮，色调纯正。在酸、碱溶液和太阳曝晒等条件下，仍保持原有色泽。而对比样所用传统有机、无机染料均已褪色。
5．3稀土光敏剂在聚乙烯地膜中的应用
含羧酸铈光敏剂及其配合体系加入低密度聚乙烯地膜中，生产可控光降解地膜。该地膜在户外自然暴露过程中，化学结构发生变化，断裂伸长率下降，发生光降解。经农用试验具有下述特点：
（1）降解诱导期55士5天，崩溃期70士2天，累计150天后，地膜的Mη降至5000左右，其残留碎片约5cm2，一碰即碎。（2）该降解地膜上下部分基本不降解，说明其降解原理为光降解。（3）该地膜具有一般地膜保温、保湿、促进早产、增产等效果。可解决残留地膜对环境和土壤造成的污染。
5．4稀土改性聚苯乙烯
将稀土镨、钕制成改性剂，加入聚苯乙烯塑料中，和普通聚苯乙烯相比，其热稳定性、冲击强度、弯曲强度等均有明显提高。
5．5稀土改性聚乙烯、ABS塑料媒染剂
将某种稀土化合物、螫合剂、分散剂等材料经高温络合、冷却、粉碎，其外观为粉状或膏状物加入塑料树脂中，用于吹塑、挤出、注塑等工艺。具有添加量少，着色增值大，可提高制品的色牢度和表面光泽，其着色效果达到德国Hoechest公司HB一AE30颜料水平。
5．6氧化稀土改性聚丙烯
将聚丙烯和干燥的氧化稀土于180℃下在密炼机中混合均匀，在180℃下模压成型，经测试，其性能如下：
（1）结晶和熔融：氧化稀土改性聚丙烯形成的结晶是α和β的共生晶，且随稀土含量的增加（1％～23％）结晶峰向高温方向移动（2～9℃）。（2）随着氧化稀土的增加，聚丙烯中β结晶的相对含量随稀土含量升高而升高。所以氧化稀土对聚丙烯兼有填充剂和β晶成核剂的作用。（3）聚丙烯软化温度随氧化稀土含量的增加而有所提高，热失重温度则明显提高。当氧化稀土含量从1％增至24％时，热分解温度提高30～50℃，改进了聚丙烯的热性能。（4）聚丙烯塑料各项力学性能随氧化稀土含量的增加而下降。但冲击强度改变不大。
5．7稀上镧化合物在牙齿材料方面主要用于丙烯酸酯聚合物，其在使用过程中易泛黄，不耐磨，强度差。该材料经某种稀土镧溶液处理后，上述缺点均有不同程度的改善和提高。
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【知识】高性能稀土材料在节能环保中应用
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- 发布于 2013年3月28日 星期四 16:41
- 作者：HJF
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一、前言
随着我国汽车工业的迅速发展，利用高性能稀土NdFeB(钕铁硼)永磁材料来产生一个磁化场，对液态或雾化的汽油、柴油等进行磁化，使汽油、柴油分子团状态发生变化，粘度降低，从而改善油质，可使汽油、柴油燃烧充分，提高燃油雾化程度，以达到大幅度降低汽车有害气体排放，减少环境污染，提高燃油效率，提高时速20%，同时减小了噪音。因此，它将广泛用于汽车、拖拉机、摩托车、助动车等车辆。
早在七十年代初，日、美、前苏联、法、意等国开始研究燃油磁化技术应用。先后出现许多专利。所谓燃油磁化技术，是将磁场和电场，同时或单一作用于燃油流，使燃油的物理化学性质发生变化，便于燃烧，使燃烧后，减少有害物质的一种技术。 目前，英国北爱尔兰麦基工业公司生产一种售价为60英磅称为“波席夫劳”的磁性节油器，它是由4根条标磁体组成，用来夹在汽车的进油管上，磁体以相同的极性分布在进油管周围，激励燃油以正向速率流动。
1992年6月，日本经产业新闻报道了日本平成公司开发了一种节油器，它是在圆简形陶瓷中装入永磁体构成的，只将它放入汽车油箱中，可节约约20～30%的汽油。 最近，各地许多设计者正在开发和试制节油减烟器，取得明显的节油效果，其节油率为5～20%；降低了有害气体排放率，CO(一氧化碳)去除率为45%左右，HC(碳氢化合物)去除率为54%左右。
二、节油减烟器结构组成
所报道的国内外磁化节油减烟器，大多数均由两块同极性或异极性磁体形成一定气隙，汽油、柴油等从气隙中流过，并受到磁场的磁化，根据这一原理，许多设计者均采用各种方法设计了不同形式的汽车节油减烟器。为了设计高性能的节油减烟器，首先要考虑磁路设计，其磁路组成有同极性和异级性两种，(即斥力场和引力场两种)，汽油多用于N—N场，柴油或重油多用于N—S场，如图表示。 为了保证工作稳定性，高性能稀土NdFeB永磁体材料选用和合理磁路材料选择是设计效果良好节油减烟器的关键。特别是N—N排斥场，如选用矫顽力不高的金属永磁，则其导磁系数要大。节油减烟器已在各地安装试用，一辆常用的大货车，经试用表明，一年可节省汽油约500～600公斤。由于它的体积小，重量轻，安装方便，很受用户的欢迎。
三、节油减烟器应用前景
保护环境，减少空气污染、节约能源是我国经济建设总的方针，据报道，按国民生产总值平均增长8～9%计算，在1995年国内石油缺口将从目前每年700万吨，扩大到1000万吨，到2000年将进一步扩大到4500万吨。据最近报道，我国的汽车尾气排放，也成为城市环保中一个重要课题，受世界卫生组织监测的北京、上海两市，已进入世界大气污染最为严重的10大城市之列。我国汽车的保有量增长迅速，目前已达1100万辆，其中北京拥有量为108万辆，有资料表明，上海各类汽车排入大气中的一氧化碳达6.5万吨，占全年一氧化碳排放量的69%，车辆尾气排放量占上海城市废气排放量的53%，其比重已到了非治理不可的地步了。据测定，目前汽车排放的尾气中含有大量的一氧化碳(CO)，碳氢化合物(HC)，氮氧化合物，光化学等200多种对人畜危害极大的气体。这些气体刺激眼鼻，诱发红眼病、烟喉炎、哮喘病引发肺气肿，损害心脏，直到致人死亡。
由上所述，节油减油器，这特殊磁体，有利于节约能源、有利于保护环境的一项高科技产品，在国外发达国家采用较多的一种净化装置。在我国，将陆续广泛用于各类机动车辆，船舶内燃机，渔轮等。
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【知识】稀土磁光盘
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- 发布于 2013年3月28日 星期四 16:28
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稀土磁光存储是一种采用激光和磁场共同作用的存储技术，磁光存储的研究是Williams等在1957年使MnBi薄膜磁化并用光读取之后开始的。其后，在1973年，以樱井等人发现稀土—过渡金属非晶态GdCo膜作为磁光存储材料是有前途的，以此为契机，推进了磁光存储的迅速发展。在加上半导体激光技术等周边技术的发展，达到了目前的实用阶段。
磁光盘(MO)既具有硬盘的大容量和可读写功能，又具有软盘的便携特性，同时还具有光盘防磁，抗湿和可靠的特性。磁光盘的外形比3.5"和5.25"软盘略厚一些，塑料外壳内是一片类似CD-ROM的盘片，上面覆盖着磁性物质，在激光照射下可进行数据读写。这种磁性物质主要是铽，镝，钆等重稀土元素和铁，钴，镍等过渡金属元素的合金薄膜，也少量添加钕，镨，以改善短波长特性。
磁光存储材料要求具有以下特性。从存储这方面来说，要求饱和磁化小（用较小的磁场就能存入），在室温下不发生磁化反转，且在室温下矫顽力Hc要大。因为利用半导体激光，所以居里温度最好在373～573K之间。在读出方面，室温下克尔旋转角θk要大（读取灵敏度高）。综合各方面的特性，目前主要使用的磁光存储材料是TbFeCo合金薄膜。一张3.5"的TbFeCo磁光盘约需消费铽0.5毫克左右。
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【知识】稀土在铸造铝合金中的发展现状
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- 发布于 2013年3月28日 星期四 16:35
- 作者：HJF
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一、稀土在铸造铝合金中的作用
稀土在铸造铝合金中的应用国外开展的较早，德国在二战期间就研制了四种稀土铝合金用于制造发动机、内燃机的复杂零件。我国在这方面的研究和应用始于20世纪60年代。虽然起步较晚，但发展较快，从机理研究到实际应用都做了大量的工作，并已经取得了一些成果。
1.稀土在铝合金中的精炼作用
铝合金中添加适量稀土元素对精炼效果具有促进作用。稀土元素可以改善夹杂物形态，净化晶界。作者采用真空吸铸法研究了AlRE中间合金对A356合金流动性的影响，实验结果证明合金熔体中加入适量的稀土元素，能够使固液相线温度差减少，减小合金的糊状凝固趋势，并且降低合金熔体表面张力，此外还有去气、除杂的精炼作用，这都会使熔体流动性提高，粘度降低，有利于夹杂物和气体的排除。
已研究开发出一种含有稀土化合物的铝合金新型熔剂，该熔剂通过发生一系列的物理和化学反应，不仅可使A356合金熔体720℃时的含氢量由大于0.30ml／100g(Al)下降到0.10ml／100g(Al)以下，除气效果显著，并使A356合金的室温抗拉强度提高7.27％，延伸率提高85.58％。但是，过量的稀土元素也会加剧富RE相的聚集，成为夹杂物，从而降低合金熔体的流动性。
2.稀土对铝合金的细化作用
有目的地抑制柱状晶和双柱状晶生长，促进细小等轴晶形成，这种工艺过程就叫作晶粒细化处理。由于晶粒得以细化，合金的性能得到提高，同时还使缩松、热裂、针孔等缺陷下降。细化处理的最基本方法是抑制形核，以及向熔体中添加晶粒细化剂的外来形核质点。目前，添加细化剂的方法成为最有效、最实用的方法。铸造铝合金中常用的共有三种类型的晶粒细化剂：二元Al－Ti合金、二元Al－B合金和三元Al－Ti－B合金。中间合金(晶粒细化剂)加入到铝合金熔体中发生溶解，释放出金属间化合物相，成为外来形核核心。
在铝合金中加入稀土，既可细化晶粒，也可明显细化枝晶组织(减小二次枝晶间距)，其最佳效果对应于不同的稀土含量。但是，其细化效果弱于Ti、B等元素。稀土加入的临界值与合金的熔炼、浇铸条件有密切关系。只有在一定的生产工艺条件下，一定量的稀土才会有最好的细化效果。
采用一般细化剂，随着铝液静置时间的延长，细化效果逐渐衰退；采用Al－5Ti－1B－10RE中间合金，稀土元素能阻止细化元素发生聚集、沉淀，对Ti、B的细化作用有一定的促进作用，可有效抑制铝硅合金长时间静置过程中晶粒尺寸的衰退，适合于大批量生产汽车铝合金铸件。
3.稀土对铝硅合金的变质作用
铸造Al－Si合金中Si相在自然生长条件下会长成块状或片状的脆性相，它严重割裂基体，降低合金的强度和塑性，因而需要将它改变成有利的形态。变质处理使共晶Si由粗大的片状变成细小纤维状或层片状，从而提高合金性能。迄今已发现，碱金属中的K、Na，碱土金属中的Ca、Sr，稀土元素Eu、La、Ce和混合稀土，氮族元素Sb、Bi，氧族元素S、Te等均具有变质作用。在Al－Si合金中，添加铝稀土中间合金或稀土氯化物和氟化物，可使共晶Si相由片条状变成球粒状。不同稀土的变质能力不同，大体上随着原子半径由大变小，变质能力由强变弱。
稀土变质剂具有很好的长效性和重熔稳定性，吸气倾向小，无污染、加入工艺简便、无腐蚀作用。研究结果表明，含La为0.056％变质后的合金，重熔10次，每次取样进行金相检验，发现最终仍有变质效果，La的最终浓度仍有0.035％，仍处于最佳变质范围之内。0.3％混合稀土变质合金，重熔5次，发现最终仍有良好变质效果。
变质工艺直接影响着稀土的变质效果。对Al－Si合金，获得稳定变质组织的关键是减少稀土的烧损，并防止稀土的偏聚，使稀土迅速均匀地扩散到铝液中。稀土变质有一潜伏期，即必须在高温下保持一定时间，稀土才能发挥最大变质作用。
二、稀土在铸造铝合金面临的机遇和对策
我国稀土在铝合金中的应用经历过一个特殊的高速发展时期。1989年，我国含稀土的铝及其制品的总量达到12万吨，约占铝产量的16％。但是，近年来稀土在铝合金中的应用发展速度明显放缓。在此形势下，要充分利用我国的稀土资源优势，以企业为主体，走产学研结合之路，进行稀土的深加工，实现稀土在铸造铝合金领域应用的可持续发展，提高进入WTO以后的国际竞争力。
1.加强应用基础研究，正确评价稀土的作用
尽管稀土元素本身的精炼、细化和变质能力并不是最强，但是辅以常规精炼剂、细化剂和变质剂进行复合熔体处理，可以获得更好的精炼、细化和变质效果，从而提高铸件性能。因此，应该开展以下基础研究工作：进一步深入研究稀土在铸造铝合金中的精炼、细化和变质机制；研究稀土元素与常用细化元素Ti和B、稀土元素与常用变质元素Sr和Na在铸造铝合金中的变质作用；研究含稀土与其它细化元素和变质元素对铸造铝合金的复合细化和复合变质作用。
2.研究优质铝合金稀土添加剂的制备工艺
由于对稀土元素的作用机制研究不足，目前含稀土的细化型和变质型中间合金质量差别大，加上现场生产工艺的复杂性，限制了稀土在铝合金铸造生产中的广泛应用。因此，要推动稀土在铸造铝合金中的应用，应该研究不同成分和组织特征的含稀土复合细化剂和复合变质剂对铸造铝合金的细化和变质效果，在此基础上研究含稀土细化剂、变质剂和精炼剂的制备工艺。
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【知识】高纯稀土的生产及应用
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- 发布于 2013年3月28日 星期四 16:14
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一、高纯稀土生产状况
稀土元素由于其特殊的电子结构，使得它们的物理性质和化学性质都很相似，因此将它们分离就很难，分离出高纯单一的稀土就更难。高纯单一稀土的一般概念是：认为稀土纯度在99.99%--99.999%(4N-5N)，纯度在99.9999%(6N)以上，称为超高纯。
我国的稀土资源非常丰富，但在八十年代的时候，我国所用的高纯稀土和稀土试剂都要进口，价格也非常昂贵。在稀土分离技术上，国外对我国严格保密，而且拒绝转让。因此独立开发生产高纯稀土势在必行，对提高我国的稀土产品档次，增加稀土资源的附加值，有积极的现实意义。
目前工业化稀土分离主要采用溶剂萃取技术，该技术在八十年代日趋成熟，而广泛应用于稀土分离工业，应用该技术生产的稀土纯度一般在此99.95%以下,个别元素(La,Ce,Y)能达到4N-5N，但要生产4N--6N的其他稀土元素，萃取技术就显得力不从心了，所以采用离子交换技术就能显出它的优势。因此，萃取技术和离子交换技术在稀土分离中，是一种互补的技术手段，萃取技术适合大规模的（数百吨）稀土分组分离，而离子交换技术则适用于小规模的（数吨）高纯稀土制备。
九十年代初，我公司和国内的一些高校及研究机构合作，开展高效离子交换技术分离高纯稀土的中试和工业化尝试，经过上百次的试验，获得了可靠的工艺参数，确定了合理的工艺流程，后来顺利实现工业化生产。就现有的生产设备和工艺技术，在国内处于领先地位，也是国内唯一商业化运转生产高纯和超高纯稀土产品的设备。在国际上也只有日本，美国和英国有这种技术生产高纯稀土，因此，我们的产品达到了国际水平。产品经过国内外用户的使用，获得很高的评价，对我们的产品质量都非常满意。
二、高纯稀土的应用前景
由于稀土元素有非常丰富的4f电子结构，表现出许多光、电、磁的特性，在高科技光电磁材料中，有着不可替代的作用，被誉为二十一世纪的新材料的“宝库“，目前大量使用的彩电荧光粉，Ni-H电池，高性能磁性材料等，都是稀土在高科技应用中的典范。而高纯稀土的应用主要集中在发光材料领域，如：荧光粉、发光粉、晶体材料、光纤材料、光学玻璃等，还有在电子材料、超磁致伸缩材料高科技领域。随着光电子通讯技术的高速发展，对光电材料要求越来越高，特别对高纯稀土的需求也越来越大，发展前景十分美好。
1、晶体材料：主要用>5N的Pr6O11、Nd2O3、Er2O3、Ho2O3、Tm2O3、Lu2O3，Y2O3等。90%以上的激光晶体需要掺杂这些高纯稀土。
2、光纤材料：用>5N的Er2O3掺杂的光纤，制作长距传输光纤放大器，6N-7N的LaF3潜在的新型光纤（研究阶段）。
3、光学玻璃：用4N-5N的La2O3、Nd2O3、Er2O3、Pr6O11等，制造高级光学玻璃及激光玻璃。
4、发光材料：用>4N的Eu2O3、Tb4O7、Gd2O3、Dy2O3>5N的Y2O3制造显示器的彩粉、节能灯粉、自发光粉等，现正在开发使用的高清晰显示器（PDP）所用的纯度及粒度要求更高，需求也较大。还有>5N的Sc、Tm、Dy、Ho用于大型卤光灯。
5、电子材料：主要有可擦拭磁光记录材料（>4N的Tb、Dy），磁泡存贮材料（>4N的Gd）。在电子陶瓷材料、阴极发射材料、超导材料、发光二极管、高级电容器、闪烁晶体材料等，都不同程度需用高纯稀土。
6、超磁致伸缩材料：是一种非常具有潜力的智能材料，目前主要用于军事，主要使用高纯的Tb、Dy。总之，高纯稀土在高科技材料各个领域，占有十分重要的地位，应用的领域不断扩大，对纯度要求不断提高，应用数量也不断增加，前景非常美好，是稀土产品的发展方向。
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