稀土元素是典型的金属，具有金属的通性，延展性好，能够导热、导电，其电子能级和谱线较普通元素更多种多样，它们可以吸收和发射从紫外、可见到红外谱区各种波长的电磁辐射，仅钆原子的某个激发态就有多达36000个能级。稀土元素4f亚层未成对电子与其他元素外层电子如d电子间的相互作用，形成丰富多彩、性能各异的稀土材料系列，其中杰出的发光性能和独特的磁学性质是稀土元素所具有的两大突出特性。被称为“工业黄金”也不为的稀土材料，在军事、冶金、石油化工、新材料等方面都有不可替代的作用。下文小编与大家一起盘点一下，稀土材料的应用领域~
▲钪、钇与镧系15种元素共17种元素总称为稀土元素（RE）。“轻稀土元素”指原子序数较小的钪Sc、钇Y和镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu；“重稀土元素”原子序数比较大的钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu。我国稀土资源分南（轻）北（中重稀土）两大块。
1、稀土永磁材料
在众多稀土新材料中，稀土永磁材料的发展速度和产业规模皆居前列。稀土永磁材料是众多磁功能器件的物质基础，已成为电子技术通讯中的重要材料，其应用程度是一个国家和地区科学研究水平和应用技术高低的一个重要标志。稀土和智能手机看起来毫无联系，实际上，应用于声学、自动对焦、振铃、传感器等，一台智能手机用到超过10块稀土“磁石”--钕铁硼永磁体；制造一台新型电动汽车更能需要近百块稀土永磁体；直驱永磁风力发电机其核心材料为钕铁硼永磁体，经技术人员测算，一台1.5WM的直驱使用钕铁硼永磁体达到1.2吨；“十三五”期间，城市轨道交通规划线路总规模为7305.3公里，若全部采用永磁牵引系统，大约需要钕铁硼1827吨，我国轨道交通对钕铁硼的总需求约4577吨；工业机器人市场在不断扩大中，工业机器人核心零部件为控制器、永磁同步伺服电机、减速器，而制造一台165kg焊接机器人需要消耗25公斤高性能钕铁硼。
稀土永磁材料按开发应用时间可分为第一代钐钴（SmCo5）、第二代钐钴（Sm2Co17）和第三代钕铁硼（Nd2Fe14B）稀土永磁材料。
潜力领域--新能源汽车。汽车行业是稀土永磁材料的第一大消费领域。全球新能源车需求爆发，带动了稀土永磁材料需求的快速增长。据IEA《全球电动汽车展望》假如到2030年，全球纯电动车到1.45亿辆，预计消耗高性能钕铁硼在43.5万吨，消耗氧化镨钕13万吨；如果到2.3亿辆，预计将消耗高性能钕铁硼69万吨，消耗氧化镨钕20.7万吨。2021年氧化镨钕全球供应量预计在7万吨，纯电动车按照400万辆算，氧化镨钕消耗量在3600吨，未来纯电动汽车对于镨钕的需求大幅增加。
▲稀土永磁驱动电机作为新能源汽车的核心部件，可以大幅减轻电机重量、缩小电机尺寸、提高工作效率，特斯拉大众版车型Model3已全部采用稀土永磁电机。
家电行业为稀土永磁材料的第二大消费体：受益于低碳环保之风，节能变频空调与节能电梯渗透率不断提高。
2、先进陶瓷助烧结剂
陶瓷材料一般具有较高的烧结温度，很难直接通过纯相烧结达到致密化，当加入烧结助剂后，由于它在高温下可以生成液相，就能使得烧结温度大为降低，从而获得烧结致密的陶瓷材料。而稀土氧化物高温挥发性弱，可以在高温下与其他原料生成稳定的液相，甚至可以形成固溶体，从而促进陶瓷材料的烧结，因此作为有效的烧结助剂已经获得了广泛应用。
氮化物是难以烧结的材料，但是如果加入一些氧化钇（Y2O3）作为助剂，则可以获得致密且坚固的烧结体，应用案例如新能源汽车上用的高导热率的氮化铝（AIN）、氮化硅（Si3N4)基板材料。
▲氮化硅陶瓷基板
3、抗等离子体腐蚀涂层
在硅晶片的制造过程中，干法刻蚀是重要的环节之一。通常是利用等离子体来对晶圆进行轰击，同时活性原子或原子团与晶圆材料反应，生成挥发性的物质被真空系统带走，从而达到刻蚀的目的。但在生产过程中，氟等离子体同样会对刻蚀腔内器件造成侵蚀，导致设备零部件寿命降低，维护成本升高。同时，形成的刻蚀产物以悬浮微粒的形式从内壁脱落，弥散在腔体中，也会导致晶圆污染，成品率下降。因此应当提高刻蚀腔内零部件的耐等离子刻蚀性能。
▲球形的稀土氧化物颗粒适合于CIP成型和热喷涂
来源：NIPPONYTTRIUMCO.,LTD
研究表明氧化钇陶瓷具有优异的耐等离子刻蚀性能力，造粒氧化钇涂层具有优良的电气绝缘和抗等离子体腐蚀性，可应用于半导体制造中的等离子蚀刻机防护涂层。
4、多层陶瓷电容器MLCC低温烧结改性添加剂
MLCC是目前世界上用量最大、发展最迅速的片式元器件之一。MLCC不断向微型化、高叠层、高可靠性和低成本方向发展，这对工艺技术、工艺设备及原材料制备都提出了很高的要求。
BaTiO3是典型的铁电材料，是一种重要的电子陶瓷材料，广泛用在如陶瓷电容器、正温度系数的热敏电阻、压电和铁电器件等各种电子元件中。而正是它在室温下具有高的介电常数和低的介电损耗，是作为片式多层陶瓷电容（Multiplayer Ceramic Chip Ca-pacitors，英文缩写MLCC）的优良陶瓷介质材料。但随着作为内电极的钯价格不断攀升，为降低MLCC产品的成本，采用掺入熔点低的银，因而减少钯的含量以及满足低温共烧技术（LTCC）就必须实现钛酸钡基陶瓷的低温烧结。况且烧结温度高不仅会促进陶瓷晶粒长大，导致陶瓷介电常数降低，也会增加能量消耗，减少设备的使用寿命。因此钛酸钡基陶瓷的低温下烧结具有很重要的实际意义。
▲多层陶瓷电容器MLCC
除了介电常数，绝缘电阻也是MLCC产品介电性能的重要衡量指标之一，它影响着电容的电容量大小，绝缘电阻率越高，电容量就越高，单位体积内能存储的电量也越多。在MLCC产品工艺里边影响绝缘电阻的因素不仅包括了外界的工艺条件和电容的构造，最重要的是还包括了MLCC产品陶瓷材料的品质。加入烧结助剂来降低烧结温度是使用最多也是最有效的一种方法，但而添加玻璃相助烧剂后的样品的绝缘电阻普遍偏低，往往难以满足应用要求。通过多种稀土金属氧化物（SmO3、YbO、CeO和GdO）掺杂，可以改善基料的绝缘电阻和介电损耗。
5、稀土储氢材料-镍氢电池负极
氢作为二次能源，关键是解决氢的高密度安全储存问题。目前主要用液态氢的高压容器储存法，但最好的方法是利用储氢材料。稀土储氢材料目前主要有两个应用方向，镍氢电池和储氢装置。镍氢电池广泛用于混合动力汽车、电动工具及工业和民用电池。镍氢蓄电池是目前大部分商业化的混合动力汽车（例如丰田普锐斯）非常重要的组成部分。
▲古老的镍氢电池有这些优点：大功率放电，低温性能好（-40℃下也可顺利充放电），抗过充过放能力强，循环寿命长
众所周知，作为镍氢电池的负极材料，储氢合金是制约其性能的关键因素。根据材料成分和结构的不同，目前研究和开发应用中的储氢电极合金主要可分为四种类型：稀土系AB5储氢合金，AB2型Laves相合金，Mg基合金和V基固溶体型合金。根据晶体结构的特点，目前开发较多的金属储氢材料可分为：以LaNis为代表的稀土系AB5型（CaCus结构）；锆、钛系Laves相AB2型（MgCu2或MgZn2结构）；钛系AB型（CsCl结构）以及镁系A2B、AB3型等几种。其中稀土系AB5储氢合金和AB2型Laves相合金作为Ni/MH电池用负极材料已实现商业化生产。
6、固体氧化物型燃料电池SOFC
固体氧化物燃料电池（solidoxidefuelcell，SOFC）是最高效率的燃料电池，也称作陶瓷燃料电池，是一种在中高温下将各种燃料气（天然气、垃圾填埋气、煤气、甲醇等）的化学能高效地转化为电能的全固态燃料电池。SOFC由电解质（陶瓷材料）、阳/阴极、连接体（陶瓷或合金）构成单电池，再由多个单电池构成电堆。
氧化钇稳定氧化锆(YSZ)材料广泛用作SOFC技术中的致密电解质，为电解质，在高温下（900-1000℃）传递O2-，在电池中起着传导O2-、分隔氧化剂和燃料的作用。
7、稀土镁合金
稀土镁合金指含有稀土元素的镁合金，是近年来材料领域的研究热点之一。与其他金属结构材料相比，镁合金具有密度低，比强度、比刚度高，减震性能好，电磁屏蔽能力强，尺寸稳定，资源丰富，铸造性能、阻尼性能、切削加工性能好以及容易回收，对环境无污染等一系列优点，被誉为是“21世纪绿色环保工程材料”。被广泛应用在交通、制造、3C电子和航空航天等领域。不过镁合金也有绝对强度低，高温下力学性能较差，室温变形加困难，易腐蚀等缺点。
在汽车工业的应用。从20世纪90年代开始，镁合金广泛应用于汽车工业。高性能稀土镁合金主要用于汽车发动机壳体、变速箱壳体、发动机气缸盖等零部件中。福特、通用、戴姆勒—克莱斯勒、奔驰、大众、丰田、菲亚特—阿尔法等汽车公司纷纷采用稀土压铸镁合金。丰田汽车的方向盘加装安全气囊后质量增加，采用AM60B压铸镁合金后，与钢制品、铝制品相比，质量减少了45%和15%，并减少了转向系统的震动。中国奇瑞汽车已100%采用镁合金方向盘，并力争实现单车镁合金达到30kg。中国一汽和中国科学院长春应用化学研究所（下称“长春应化所”）合作开发高性能稀土镁合金，已经形成年产1500吨镁合金压铸件(包括轮毂、发动机壳体、变速箱壳体等)的批量生产能力，建成了我国最大的高性能稀土镁合金产业化示范基地，批量生产耐热、抗蠕变的稀土镁合金汽车发动机缸盖。
3C产品。目前，IBM、戴尔、苹果、东芝、松下和索尼等公司生产的笔记本电脑、手机、照相机、摄像机等的外壳广泛使用稀土压铸镁合金，提高了外壳的强度和刚度，减少了电磁波对人体的辐射，其中，应用最为广泛的是AZ91D镁合金。
▲镁合金的本本就是轻便，谁用谁知道
军工方面的以应用。镁合金是减轻武器装备质量，实现武器装备轻量化，提高武器装备各项性能的理想结构材料。武器装备的需要,推动了高性能镁合金材料及应用技术开发的发展。在军工方面，以稀土金属钕为主要添加元素的ZM6铸造镁合金已用于直升机减速机匣、歼击机翼肋及30kW发电机的转子引线压板等重要零件。
8、汽车尾气催化剂
为了使汽油汽车尾气中所含的未能完全燃烧的碳氢化合物（CxHy），一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx）变为无害的CO2和N2来排放，要用到铂和铑等贵金属。为了稳定其效果，要添加以氧化铈（CeO2）为主的氧化物（称为助催化剂）。由于CeO2可以储存氧气，因此可以应对废气中氧气浓度的变化来帮助燃烧有害物质。
9、高温超导材料
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10、中子吸收材料
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11、稀土光学玻璃
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12、激光晶体和荧光材料
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参考来源：
1、NIPPON YTTRIUM CO.,LTD
2、张文毓.高性能稀土镁合金研究与应用[J].稀土信息,2018(04):8-13.
3、左洋.低温烧结温度稳定型钛酸钡基介质材料[D].电子科技大学,2011.
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来源：http://www.360powder.com
原文阅读：https://www.360powder.com/info_details/index/9904.html
▲钪、钇与镧系15种元素共17种元素总称为稀土元素（RE）。“轻稀土元素”指原子序数较小的钪Sc、钇Y和镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu；“重稀土元素”原子序数比较大的钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu。我国稀土资源分南（轻）北（中重稀土）两大块。
1、稀土永磁材料
在众多稀土新材料中，稀土永磁材料的发展速度和产业规模皆居前列。稀土永磁材料是众多磁功能器件的物质基础，已成为电子技术通讯中的重要材料，其应用程度是一个国家和地区科学研究水平和应用技术高低的一个重要标志。稀土和智能手机看起来毫无联系，实际上，应用于声学、自动对焦、振铃、传感器等，一台智能手机用到超过10块稀土“磁石”--钕铁硼永磁体；制造一台新型电动汽车更能需要近百块稀土永磁体；直驱永磁风力发电机其核心材料为钕铁硼永磁体，经技术人员测算，一台1.5WM的直驱使用钕铁硼永磁体达到1.2吨；“十三五”期间，城市轨道交通规划线路总规模为7305.3公里，若全部采用永磁牵引系统，大约需要钕铁硼1827吨，我国轨道交通对钕铁硼的总需求约4577吨；工业机器人市场在不断扩大中，工业机器人核心零部件为控制器、永磁同步伺服电机、减速器，而制造一台165kg焊接机器人需要消耗25公斤高性能钕铁硼。
稀土永磁材料按开发应用时间可分为第一代钐钴（SmCo5）、第二代钐钴（Sm2Co17）和第三代钕铁硼（Nd2Fe14B）稀土永磁材料。
潜力领域--新能源汽车。汽车行业是稀土永磁材料的第一大消费领域。全球新能源车需求爆发，带动了稀土永磁材料需求的快速增长。据IEA《全球电动汽车展望》假如到2030年，全球纯电动车到1.45亿辆，预计消耗高性能钕铁硼在43.5万吨，消耗氧化镨钕13万吨；如果到2.3亿辆，预计将消耗高性能钕铁硼69万吨，消耗氧化镨钕20.7万吨。2021年氧化镨钕全球供应量预计在7万吨，纯电动车按照400万辆算，氧化镨钕消耗量在3600吨，未来纯电动汽车对于镨钕的需求大幅增加。
▲稀土永磁驱动电机作为新能源汽车的核心部件，可以大幅减轻电机重量、缩小电机尺寸、提高工作效率，特斯拉大众版车型Model3已全部采用稀土永磁电机。
家电行业为稀土永磁材料的第二大消费体：受益于低碳环保之风，节能变频空调与节能电梯渗透率不断提高。
2、先进陶瓷助烧结剂
陶瓷材料一般具有较高的烧结温度，很难直接通过纯相烧结达到致密化，当加入烧结助剂后，由于它在高温下可以生成液相，就能使得烧结温度大为降低，从而获得烧结致密的陶瓷材料。而稀土氧化物高温挥发性弱，可以在高温下与其他原料生成稳定的液相，甚至可以形成固溶体，从而促进陶瓷材料的烧结，因此作为有效的烧结助剂已经获得了广泛应用。
氮化物是难以烧结的材料，但是如果加入一些氧化钇（Y2O3）作为助剂，则可以获得致密且坚固的烧结体，应用案例如新能源汽车上用的高导热率的氮化铝（AIN）、氮化硅（Si3N4)基板材料。
▲氮化硅陶瓷基板
3、抗等离子体腐蚀涂层
在硅晶片的制造过程中，干法刻蚀是重要的环节之一。通常是利用等离子体来对晶圆进行轰击，同时活性原子或原子团与晶圆材料反应，生成挥发性的物质被真空系统带走，从而达到刻蚀的目的。但在生产过程中，氟等离子体同样会对刻蚀腔内器件造成侵蚀，导致设备零部件寿命降低，维护成本升高。同时，形成的刻蚀产物以悬浮微粒的形式从内壁脱落，弥散在腔体中，也会导致晶圆污染，成品率下降。因此应当提高刻蚀腔内零部件的耐等离子刻蚀性能。
▲球形的稀土氧化物颗粒适合于CIP成型和热喷涂
来源：NIPPONYTTRIUMCO.,LTD
研究表明氧化钇陶瓷具有优异的耐等离子刻蚀性能力，造粒氧化钇涂层具有优良的电气绝缘和抗等离子体腐蚀性，可应用于半导体制造中的等离子蚀刻机防护涂层。
4、多层陶瓷电容器MLCC低温烧结改性添加剂
MLCC是目前世界上用量最大、发展最迅速的片式元器件之一。MLCC不断向微型化、高叠层、高可靠性和低成本方向发展，这对工艺技术、工艺设备及原材料制备都提出了很高的要求。
BaTiO3是典型的铁电材料，是一种重要的电子陶瓷材料，广泛用在如陶瓷电容器、正温度系数的热敏电阻、压电和铁电器件等各种电子元件中。而正是它在室温下具有高的介电常数和低的介电损耗，是作为片式多层陶瓷电容（Multiplayer Ceramic Chip Ca-pacitors，英文缩写MLCC）的优良陶瓷介质材料。但随着作为内电极的钯价格不断攀升，为降低MLCC产品的成本，采用掺入熔点低的银，因而减少钯的含量以及满足低温共烧技术（LTCC）就必须实现钛酸钡基陶瓷的低温烧结。况且烧结温度高不仅会促进陶瓷晶粒长大，导致陶瓷介电常数降低，也会增加能量消耗，减少设备的使用寿命。因此钛酸钡基陶瓷的低温下烧结具有很重要的实际意义。
▲多层陶瓷电容器MLCC
除了介电常数，绝缘电阻也是MLCC产品介电性能的重要衡量指标之一，它影响着电容的电容量大小，绝缘电阻率越高，电容量就越高，单位体积内能存储的电量也越多。在MLCC产品工艺里边影响绝缘电阻的因素不仅包括了外界的工艺条件和电容的构造，最重要的是还包括了MLCC产品陶瓷材料的品质。加入烧结助剂来降低烧结温度是使用最多也是最有效的一种方法，但而添加玻璃相助烧剂后的样品的绝缘电阻普遍偏低，往往难以满足应用要求。通过多种稀土金属氧化物（SmO3、YbO、CeO和GdO）掺杂，可以改善基料的绝缘电阻和介电损耗。
5、稀土储氢材料-镍氢电池负极
氢作为二次能源，关键是解决氢的高密度安全储存问题。目前主要用液态氢的高压容器储存法，但最好的方法是利用储氢材料。稀土储氢材料目前主要有两个应用方向，镍氢电池和储氢装置。镍氢电池广泛用于混合动力汽车、电动工具及工业和民用电池。镍氢蓄电池是目前大部分商业化的混合动力汽车（例如丰田普锐斯）非常重要的组成部分。
▲古老的镍氢电池有这些优点：大功率放电，低温性能好（-40℃下也可顺利充放电），抗过充过放能力强，循环寿命长
众所周知，作为镍氢电池的负极材料，储氢合金是制约其性能的关键因素。根据材料成分和结构的不同，目前研究和开发应用中的储氢电极合金主要可分为四种类型：稀土系AB5储氢合金，AB2型Laves相合金，Mg基合金和V基固溶体型合金。根据晶体结构的特点，目前开发较多的金属储氢材料可分为：以LaNis为代表的稀土系AB5型（CaCus结构）；锆、钛系Laves相AB2型（MgCu2或MgZn2结构）；钛系AB型（CsCl结构）以及镁系A2B、AB3型等几种。其中稀土系AB5储氢合金和AB2型Laves相合金作为Ni/MH电池用负极材料已实现商业化生产。
6、固体氧化物型燃料电池SOFC
固体氧化物燃料电池（solidoxidefuelcell，SOFC）是最高效率的燃料电池，也称作陶瓷燃料电池，是一种在中高温下将各种燃料气（天然气、垃圾填埋气、煤气、甲醇等）的化学能高效地转化为电能的全固态燃料电池。SOFC由电解质（陶瓷材料）、阳/阴极、连接体（陶瓷或合金）构成单电池，再由多个单电池构成电堆。
氧化钇稳定氧化锆(YSZ)材料广泛用作SOFC技术中的致密电解质，为电解质，在高温下（900-1000℃）传递O2-，在电池中起着传导O2-、分隔氧化剂和燃料的作用。
7、稀土镁合金
稀土镁合金指含有稀土元素的镁合金，是近年来材料领域的研究热点之一。与其他金属结构材料相比，镁合金具有密度低，比强度、比刚度高，减震性能好，电磁屏蔽能力强，尺寸稳定，资源丰富，铸造性能、阻尼性能、切削加工性能好以及容易回收，对环境无污染等一系列优点，被誉为是“21世纪绿色环保工程材料”。被广泛应用在交通、制造、3C电子和航空航天等领域。不过镁合金也有绝对强度低，高温下力学性能较差，室温变形加困难，易腐蚀等缺点。
在汽车工业的应用。从20世纪90年代开始，镁合金广泛应用于汽车工业。高性能稀土镁合金主要用于汽车发动机壳体、变速箱壳体、发动机气缸盖等零部件中。福特、通用、戴姆勒—克莱斯勒、奔驰、大众、丰田、菲亚特—阿尔法等汽车公司纷纷采用稀土压铸镁合金。丰田汽车的方向盘加装安全气囊后质量增加，采用AM60B压铸镁合金后，与钢制品、铝制品相比，质量减少了45%和15%，并减少了转向系统的震动。中国奇瑞汽车已100%采用镁合金方向盘，并力争实现单车镁合金达到30kg。中国一汽和中国科学院长春应用化学研究所（下称“长春应化所”）合作开发高性能稀土镁合金，已经形成年产1500吨镁合金压铸件(包括轮毂、发动机壳体、变速箱壳体等)的批量生产能力，建成了我国最大的高性能稀土镁合金产业化示范基地，批量生产耐热、抗蠕变的稀土镁合金汽车发动机缸盖。
3C产品。目前，IBM、戴尔、苹果、东芝、松下和索尼等公司生产的笔记本电脑、手机、照相机、摄像机等的外壳广泛使用稀土压铸镁合金，提高了外壳的强度和刚度，减少了电磁波对人体的辐射，其中，应用最为广泛的是AZ91D镁合金。
▲镁合金的本本就是轻便，谁用谁知道
军工方面的以应用。镁合金是减轻武器装备质量，实现武器装备轻量化，提高武器装备各项性能的理想结构材料。武器装备的需要,推动了高性能镁合金材料及应用技术开发的发展。在军工方面，以稀土金属钕为主要添加元素的ZM6铸造镁合金已用于直升机减速机匣、歼击机翼肋及30kW发电机的转子引线压板等重要零件。
8、汽车尾气催化剂
为了使汽油汽车尾气中所含的未能完全燃烧的碳氢化合物（CxHy），一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx）变为无害的CO2和N2来排放，要用到铂和铑等贵金属。为了稳定其效果，要添加以氧化铈（CeO2）为主的氧化物（称为助催化剂）。由于CeO2可以储存氧气，因此可以应对废气中氧气浓度的变化来帮助燃烧有害物质。
9、高温超导材料
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10、中子吸收材料
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11、稀土光学玻璃
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12、激光晶体和荧光材料
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参考来源：
1、NIPPON YTTRIUM CO.,LTD
2、张文毓.高性能稀土镁合金研究与应用[J].稀土信息,2018(04):8-13.
3、左洋.低温烧结温度稳定型钛酸钡基介质材料[D].电子科技大学,2011.
粉体圈编辑：Alpha
来源：http://www.360powder.com
原文阅读：https://www.360powder.com/info_details/index/9904.html
