稀土在功能陶瓷中的应用及市场前景

Zr（Y）O2-X金属陶瓷薄层，还可分别用作SOFC电池中的双极性极板、多孔阴极和多孔阳极材料。

　　然而，YSZ陶瓷只有在高于900℃时才表现出较高的离子导电率，故其应用仍受到一定限制。现有研究发现，在具有更高离子导电率的Bi2O3陶瓷中，掺加适量的Y2O3或Gd2O3，可使Bi2O3面心立方相稳定到室温，同时X射线衍射图谱也已表明，（Bi2O3）0.75·（Y2O3） 0.25和（Bi2O3）0.65·（Gd2O3）0.35均为稳定的面心立方结构的高氧离子导电相。在这种陶瓷的侧面再镀上（ZrO2）0.92 （Y2O3）0.08的保护膜后，即可制备组装成离子导电性高、稳定性好且能在中温条件下（500 ~800℃）工作的燃料电池和氧传感器，利于解决高温技术所带来的困难。[PAGE]

　　4、在介电陶瓷中的应用

　　介电陶瓷主要用于制作陶瓷电容器和微波介质元件。在TiO2、MgTiO3、BaTiO3等介电陶瓷及其复合介电陶瓷中，添加La、Nd、Dy等稀土能显著改善其介电性能。

　　如在具有高介电常数的BaTiO3陶瓷中，添加介电常数值ε=30~60的La、Nd稀土化合物，可使其介电常数在宽温度范围内保持稳定，器件的使用寿命显著提高。在热补偿电容器用介电陶瓷中，还可根据需要适当地掺加稀土，实现对陶瓷介电常数、温度系数、品质因数的改善或调节，扩大其应用范围。用La2O3对热稳定电容器钛酸镁陶瓷进行改性，所获得的MgO·TiO2-La2O3-TiO2系陶瓷和CaTiO3-MgTiO3-La2TiO5系陶瓷，即保持了原有的介电损耗和温度系数小的特点，其介电常数也得到了显著提高。

　　微波介质陶瓷的品种繁多，掺加有稀土氧化物的BaO-RE2O3-TiO2系陶瓷就是一种应用较为普遍的介质材料，其介电常数ε可超过80。如 MgTiO3-CaTiO3-La2O3陶瓷的品质因数Qε值可高达8000，而Nd2Ti2O7-（BaPb）TiO3-TiO2陶瓷的介电常数ε则可达到90。由于新技术的应用，随着BaO-TiO2-SnO2-RE2O3系等新型陶瓷的开发，近年内微波陶瓷介质材料的主要技术指标渴望达到：Qε值约比目前提高一个数量级，即在微波频率下为10000;ε在2~2000范围内系列化，以适应多种用途;温度系数αε则在300~-100范围内系列化，可更方便地获得零温度系数的介质谐振器和滤波器等微波器件。

　　5、在敏感陶瓷中的应用

　　敏感陶瓷是功能陶瓷中的重要一种，其特征是对某些外界条件如电压、气体成分、温度、湿度等反应敏感，故可通过其相关电性能参数的反应或变化来实现对电路、操作过程或环境的监控，广泛用于控制电路的传感元件，因此又被称为传感器陶瓷。稀土与这类陶瓷的性能之间存在着密切关系。

　　（1）、电光陶瓷

　　在PZT中添加稀土氧化物La2O3，即可获得透明的锆钛酸铅镧（PLZT）电光陶瓷。原母体材料PZT因存在孔隙、晶界相和各向异性，一般不透明，而La2O3的加入使其微观结构趋于均匀一致，在很大程度上消除了孔隙，减弱了其各向异性，显著减少了晶界上多次折射所引起的光散射和第二相所引起的光散射，故PLZT具有良好的透光性能。PLZT电光陶瓷存在着一次电光效应（波克尔效应）、二次电光效应（克尔效应）以及光散射效应和光学记忆效应，其中克尔效应的应用最为普遍，如屏蔽核爆炸辐射的护目镜、重型轰炸机的窗口、光通信调制器、全息记录装置等。由于PLZT电光陶瓷具备利用电场改变其光学性质的特点，它的出现标志着陶瓷材料真正进入功能光学领域。

　　（2）、压敏陶瓷[PAGE]

　　中南工业大学研究了稀土元素对ZnO压敏陶瓷电性能的影响，用稀土氧化物La2O3对ZnO压敏陶瓷进行掺杂后，其压敏电压VlmA值显著提高;而当掺杂量从0.1%增加到10%时，陶瓷的非线性系数α值从20下降为1，基本无压敏性质。故对于ZnO陶瓷，低浓度稀土元素掺杂时可提高其压敏电压值，但对非线性系数影响不大;而高浓度掺杂时陶瓷则不呈现压敏特征。

　　（3）、气敏陶瓷

　　从20世纪70年代开始，人们就在将稀土氧化物掺加到ZnO、SnO2及Fe2O3等气敏陶瓷材料中的作用方面作了许多研究，并制得了ABO3 型和A2BO4型稀土复合氧化物材料。有研究结果显示，在ZnO中加入稀土氧化物，可明显提高其对丙烯的灵敏度;在SnO2中掺加CeO2，可得到对乙醇敏感的烧结型元件。

大连理工大学对在Fe2O3中掺加稀土氧化物RE2O3（RE=Nd、Sm、La）而获得的REFeO3系列材料的性能进行了研究，指出材料的超微粒化是提高气敏元件灵敏度的重要因素，且稀土元素不同，对材料微观形貌的影响也有所不同，其中NdFeO3和SmFeO3的粒度较小，LaFeO3的粒度稍大。将所测REFeO3系列气敏元件在0.13%浓度的不同气氛中进行分析，发现REFeO3系列材料对乙醇均有较高的灵敏度，且其灵敏度高低顺序依次为NdFeO3?SmFeO3?LaFeO3，同时对汽油的灵敏度较低