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钪的应用

发布时间:2017-02-20 【字体大小:
       由于钪具有独特的性能,其在近20年中的开发利用取得了较快发展。目前,金属钪已在宇航、火箭、导弹、电子、核能、激光、电光源和冶金等领域实现较好的应用。我国的消费结构与西方国家相比有明显不同。从目前我国的应用领域状况来看,今后我国的市场发展重点为AI-Sc合金及电光源材料。

  目前生产金属钪的工艺技术主要有熔盐电解蒸馏法、金属热还原蒸馏法和电传输净化蒸馏法。这三种方法各具有优缺点,但金属热还原蒸馏法由十具有工艺过程简便,钪回收率高及成本低,主要设备易于操作和维修等优点,目前己成为生产金属钪的主要方法。

  钪在各工业领域的作用

  1.钪在冶金材料中的应用

  金属钪在冶金中主要应用于合金添加剂及改性剂。在铝或铝基合金中加入钪后,可有效地提高合金的性能,降低合金的重量,且对合金的强度、硬度、耐热性、耐腐蚀性和焊接性等有明显提高。

  在Al中加入Sc(<0.4%)使生成Al3Sc新相,可细化合金组织,提高再结晶度达150-200℃,使合金的强度、硬度和耐热性大为改善;在Al-Mg-Zr系合金中加入Sc(0.75% )生成AlMgScZr合金后性能改善明显;在Al-Li Mg-Zr合金中加入Sc ( 0.1%-0.3% ),生成的AlLiMgScZr合金后性能改善明显。如上的Al-Sc合金在长期的高温下工作时还可防止脆化现象。因此,新制成的Al-Sc合金可作为优良的结构材料而被应用,如在宇航,航空,导弹,汽车和船舶等。这方面的前途较好,今后可能成为金属钪用量的大户。有人计算过:在发射宇宙飞行器时,每增加1.0公斤的质量,要多用1万美元投资。因Al-Sc合金重量轻,用其作结构材料,可使导弹的质量下降20% ,具有明显的经济效益。

  此外,加Sc后的Al-Mg(2%-8.1%)-Sc (0.4%)合金系,经时效后的抗拉强度提高20%-35%,抗动极限可提高60%-80%,延伸率增加20%-25%。如在合金MgY (11% )Mn(0.6%)加入Sc 11%后,经300℃下时效则达流动极限60-80M P a,在350℃下时效60-80MPa,使更好应用。如在Ga-Sc中加入Sc后则可生成一种优良的金属一陶瓷粘结剂及高级的涂层材料。如在TiC中加入Sc后,其硬度可提高到接近金刚石。在硼(B)中加入Sc后生成ScB2产物可作为轻型耐温合金和电子枪用的阴极组件。

  此外,向铁水加入Sc后起着改性剂作用,以提高铸铁的性能。在Cr中加入Sc后可作为军舰的耐腐蚀材料。在BaCuO中加入Sc后则生成了BaCuScO的超导体材料,其临界温度提高到了98k而成为新的超导材料。

    2. 钪在新型电光源材料中的应用

     用ScCl3及 Sc箔与Na制成的钪一钠灯是目前最新型的第二代照明灯。在高压电作用下,钪与钠受激发产生了电子跃迁,钠发出5890-5893A的谱线为黄色,而钪为3613-4247A的谱线为兰色,这两种谱线互相结合而发出的灯光接近太阳光,其具有光度高、光色好、节电能、寿命长、破雾能强等优点。因此,该照明灯最适合于电视摄像、广场、体育馆、网球场、马路和多雨多雾的场地照明。用于商场照明,可使购物者更易识别物品。实践证明,钪-钠灯比白炽灯节电80%,使用寿命高达5000-25000小时(白炽灯为1000小时,路灯为3000小时)。因此,深受世界各国用户的好评,用量增长较快。1981年,美国用该灯的普及率达40%-50% ,年用灯量达1000万只以上,且普及率还在逐年提高。而日本用此灯量也达1000万只左右。我国在2000年用灯量达700万只,到2006年己达1600万只,今后将发展更快。据估计,在2008年后的10年内,全世界用灯量将达到8000万只以上,使用金属钪约为400kg以上,前景非常好。

  3.钪在激光材料中的应川

  在钆镓激光材料(GGG)中加入钪是发展新型第二代激光材料的关键,且己经获得了实现。在GGG中加入钪后制成的钆镓钪激光材料(GSGG),以钪代替了一部分钆(Gd)而制成Gd3Sc2Ga3O12材料,用其生产的新型激光器的发射功率比同体积的其它激光器提高了二倍,并可达到大功率化和小型化激光装置的目的,目前己在军工上获得了较好的使用,并逐步向民用工业中发展。

  4.钪在其他材料中的应用

    目前金属钪在其它材料领域中应用也充分引起了人们的重视和关注。如在中子过滤器材料中加入钪后,使过滤器在核燃料UO2过滤时,以防止UO2发生相变过程,利于稳定作业进行和便利生产。如含钪的阴极枪用于彩电显像管内,其枪电流密度提高4倍,阴极使用寿命增长3倍,其结果使彩电画面清晰度倍增,观视效果更佳。如加Sc的Al-Sc合金用于制造焊材及体育器械的棒球棒、泉球棒、曲棍球杆和自行车横梁等。前二者己在奥运会上被应用,其强度和硬度高,使用效果很好。如钇铁石榴石中加入少量钪后可改进其磁性,因钪代替了部分铁使其磁矩及磁导增强,居里温度降低,更有利于在微波技术中的应用。还用于运输机梁(1421型合金),在航空事业中发挥重要作用。在电池材料中加入钪后可制成太阳能蓄电池,用途较广。如在核能屏蔽材料中加入钪后可制成用于高能辐射的核能屏蔽件。

  综上所述,金属钪在各个工业部门中己取得较好的应用。从目前及发展趋势看,在国内外的应用中,具有广阔前景并己较好地实现产业化应用,其主要是加Sc的Al-Sc型系列和电光源材料等,估计其用量将增长较快,也是钪工业发展的原动力。

  
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