重要的稀土化合物：氧化钇粉体都有哪些用途？

稀土是一种极其重要的战略资源，在工业生产中有着无可替代的作用，汽车玻璃、核磁共振、光纤、液晶显示屏等等都离不开稀土的加入。其中，钇(Y)是稀土金属元素之一，是一种灰色金属。但由于它在地壳中的含量较多，因此价格相对便宜，且应用广泛，在目前社会生产中主要以钇合金和氧化钇的状态应用。

金属钇

其中，氧化钇(Y2O3)是最重要的钇化合物，它不溶于水和碱，溶于酸，外观为白色结晶性粉末（晶体结构属立方晶系），拥有非常好的化学稳定性及真空下低挥发性与高耐热、耐腐蚀、高介电、透明（红外线）等优点，因此在许多领域都得到了应用，具体有哪些呢？下面一起来看看。

氧化钇的晶体结构

01钇稳定氧化锆粉合成

由于纯ZrO2从高温冷却到室温的过程中将发生如下相变：立方相(c)→四方相(t)→单斜相(m)，其中在1150℃会发生t→m相变，并伴随着约5%的体积膨胀。但如果将ZrO2的t→m相变点稳定到室温，使其在承载时由应力诱发产生t→m相变，由于相变产生的体积效应而吸收大量的断裂能，从而使材料表现出异常高的断裂能，从而使材料表现出异常高的断裂韧度，产生相变增韧，获得高韧性、高耐磨性。

要实现氧化锆的相变增韧，必须添加一定的稳定剂并在一定的烧成条件下，将高温稳定相-四方亚稳定至室温，获得室温下可相变的四方相，这就是稳定剂对氧化锆的稳定作用。Y2O3是发展至今得到最多研究的氧化锆稳定剂，烧结出来的Y-TZP材料具有优良的常温力学性能，强度较高，具有良好的断裂韧性，并且其集体中材料的晶粒尺寸细小而均匀，因此获得较多关注。

02助烧结剂

许多特种陶瓷的烧结都需要助烧结剂的参与，助烧结剂的作用一般可分为以下几个部分：与烧结物形成固溶体；阻止晶型转变；抑制晶粒长大；产生液相。比如说氧化铝的烧结，往往会加入氧化镁MgO作为烧结过程中的显微结构稳定剂，它可以细化晶粒，大大减小晶界能的差异，削弱晶粒生长的各向异性，抑制不连续的晶粒生长。由于MgO高温挥发性较强，为了达到良好的效果，常将氧化钇同MgO混合引入，Y2O3可以起到细化晶粒，促进烧结致密化的作用。

03YAG粉体合成

钇铝石榴石（Y3Al5O12）是人造化合物，没有天然矿物，无色，莫氏硬度可达到8.5，熔点为1950℃，不溶于硫酸、盐酸、硝酸氢氟酸等。高温固相法是制备YAG粉体的传统方法，按照氧化钇和氧化铝的二元相图中得到的比例混合两种粉体在高温下焙烧，通过氧化物之间的固相反应形成YAG粉体。在高温条件下，氧化铝和氧化钇的反应中，会先生成中间相YAM和YAP，最终形成YAG。

高温固相法制备YAG粉体流程图

YAG的应用很多，比如说它的Al-O键尺寸小，键能高，这种高键能恰好可以匹配荧光材料较高的真空能，即在较高的电子撞击下，保持其光学性能稳定，把稀土元素引入可使荧光粉的发光性能有明显的改善，而YAG通过掺杂Ce3+、Eu3+等三价稀土离子即可成为荧光粉。另外YAG晶体具有良好的透明度、物理化学性质非常稳定，机械强度高，具有良好的抗热蠕变性，是一种应用广泛、性能理想的激光晶体材料。

04透明陶瓷

氧化钇一直是透明陶瓷领域中的研究重点，它属立方晶系，具有光学性能的各轴同向性，与透光氧化铝的异方性相比影像较不失真，因此逐渐被高阶的镜头或是军事光学窗所重视与发展。其物理化学性质的主要特点是：

①熔点高，化学和光化学稳定性好，光学透明性范围较宽（0.23～8.0μm）；

②在1050nm处，其折射率高达1.89，使其具有80%以上的理论透过率；

③Y2O3具有足以容纳大多数三价稀土离子发射能级的、较大的导带到价带的带隙，可以通过稀土离子的掺杂，实现发光性能的有效裁剪，从而实现其应用的多功能化；

④声子能量低，其声子截止频率大约为550cm–1，低的声子能量可以抑制无辐射跃迁的几率，提高辐射跃迁的几率，从而提高发光量子效率；

⑤热导率高，约为13.6W/(m·K)，高的热导率对其作为固体激光介质材料极为重要。

Y2O3的熔点约在2690℃，常温烧结温度约在1700~1800℃。若要做成透光陶瓷，是采热压烧结。因优异的物理化学性质，Y2O3透明陶瓷被广泛应用并潜在开发，主要包括：导弹的红外窗口和球罩、可见和红外透镜、高压气体放电灯、陶瓷闪烁体以及陶瓷激光器等领域。