稀土材料制备技术总结_0.doc

稀土材料制备技术总结 第04周：教学内容：稀土元素的提取与分离 1.稀土的地球化学性质与稀土矿石分解的关系；稀土矿石分解的方法(干法与湿法) 2.详述稀土矿的湿法分解的两个具体工艺流程；2.简述稀土元素的分离和提纯。 教学要求：重点掌握稀土矿分解方法(干、湿法) 熟悉稀土矿的湿法分解的“高温H2SO4分解包头混合 稀土矿工艺及原理”、“南方离子吸附态稀土矿的提取工艺及原理”；了解稀土元素与非稀土 元素的分离、稀土元素之间的分离基本原理；了解稀土元素之间分离和提纯工艺方法。 第4章 稀土材料的制备技术 1稀土元素的提取和分离 一.稀土材料制备的工作范畴 广义来讲，稀土材料的制备应包括从稀土矿物原料到稀土材料的全过程，如图4-1所示。具体是指以稀土精矿为原料，经过稀土冶金过程(稀土提取、分离及金属制备)得到稀土金属或(和)化合物(很多情况下它们可直接作为稀土材料产品)；再将稀土化合物或金属按设计要求配以相关的原料(无机物或有机物)，采用一定的制备技术和工艺流程制备出符合使用要求的各种稀土材料，包括单晶、多晶、非晶态、玻璃、陶瓷、涂料、低维化合物、复合材料、超细粉末和金属、合金、金属间化合物以及稀土高分子化合物等稀土材料。在这一全过程中，稀土冶金过程和材料制备过程是主体，由于这两个过程的完成，可直接制备出各种稀土金属、合金和多种多样的稀土化合物材料。 由于稀土元素本身固有的结构和性能特点，使稀土材料的制备具有下述特点。 稀土材料的组成与结构复杂，因此对其化学成分、显微结构要进行严格的设计和监控。 稀土元素的活泼性及光、电、磁、热等特性，要求制备环境苛刻(如温度、压力、介质、 溶剂及保护气氛等)。 除采用传统的金属熔炼法、陶瓷法、物理及化学方法外，更多的则是采用高新技术条件，例如高温、高压、低温、高真空、失重、辐射及其他极端技术条件；采用新的合成方法和工艺，例如Sol-Gel法、水热法、自蔓延高温合成法、CVD法以及复合技术等，以制备各种单晶、多晶、非晶态材料及纳米材料。 很多稀土材料要求采用原料纯度高、制备条件苛刻且多限于小量制备，因此生产成本高，制得的产品价格也较高。 稀土材料制备的技术必威体育官网网址性和知识产权保护性强。 二.材料设计简介 1.材料设计的目的和范围 材料设计的目的是按指定性能指标出发，确定材料成分或相的组合，按生产要求设计最佳的制度方法和工艺流程，以制得合乎要求的各种材料。材料的性能依赖于材料的结构(包括使用过程中结构的变化)。为了制备预定结构的材料，必须设计出该材料的制备方法。因此，材料设计有两方面的含义： 从指定目标出发规定材料性能，并提出制备方法； 新材料开发、新效应、新功能研究的指导原理。 2.材料设计的主要内容 1).材料结构性能关系的研究设计 物质的固有性质是材料使用的基本依据。例如：有超导性才有超导材料；有难熔性才可能有耐热合金材料等。物质固有性质大都取决于物质的电子结构、原子结构和化学键结构。原则上可用固体物理、量子化学、分子动力学及计算机模拟等方法进行预测和计算，因而构成了材料的结构性能关系的研究设计。 2).材料使用性能预测设计 材料的使用性能虽非材料物质所固有，但材料一旦实际应用后其使用过程的变化(疲劳断裂、射、腐蚀等)往往是材料应用成败的关键，利用人工智能或计算机模拟方法预报使用性能及改进方法，是材料设计的重要内容。 3).材料成分结构研究设计 材料的结构尺寸分成不同的层次。最基本的且十分重要的仍是原子—电子层次(以10—8cm为尺度)，其次是以大量原子、电子运动为基础的微观或显微结构(包括微量杂质)，材料的成分和结构是材料的中心环节。因此，只有弄清成分、结构和性能之间的关系，才能按指定性能设计材料的成分(配方)和结构；另一方面，只有了解材料的制备、加工和产品成分，结构的关系，才能为指定性能的材料设计制造与加工的方法和条件，以控制材料的成分和结构。这两个问题都是材料设计的核心和关键。 4).材料的制备(合成)与加工的设计 材料制备(合成)与加工是实现材料设计目标最重要的手段，也是材料设计的重点。日、美 等国均建立了相关物质的知识库、数据库和计算机模拟。化学模式识别及相应的设计专家系统，利用传感器等先进设备及计算机识别技术对材料制备加工过程做智能控制，以提高材料的质量、重现性和成品率，通过智能加工以制造预定性能的新材料。如日本专家利用大型数据库和数据库辅助材料设计，建立了合金设计系统，为未来的可控热核反应炉的设计和选择提供了新材料。中国专家用化学模式识别技术总结了某些高温超导材料的临界温度的规律以及生产某海军用钢的配方和工艺的专家系统。近年来，中国学者还用化学键参数和化学模式识别方法相结合，总结了二元金属间化合物的晶型规律，在此基础上合成