材料学概论大作业(钡元素+氧化钇).pdf

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1、 材料学概论 探究开发型大作业 题目：钡永远闪耀的美丽绿光 完成日期：2017 年 10 月 30 日 -1-1.元素名片 中文名称 钡 英文名称 Barium 元素符号 Ba 原子序数 56 相对原子质量 137.327 发现者【英】汉弗莱戴维(H.Davy)发现时间 1808 年 2.发现简史 碱土金属的硫化物具有磷光现象，即它们受到光的照射后在黑暗中会继续发光一段时间，钡的化合物正是因这一特性才开始被人们注意。1602 年，意大利波罗拉城（Bologna，现称博洛尼亚）一位制鞋工人卡西奥劳罗将一种含硫酸钡的重晶石与可燃物质一起焙烧后，发现它在黑暗中发光。后来这种石头被称为波罗拉石，引起了

2、当时欧洲化学家的研究兴趣。1774 年瑞典化学家舍勒（C.W.Scheele）发现氧化钡是一种比重大的新土，称之为“Baryta”（重土）。当时舍勒认为这种石头是一种新土（氧化物）和硫酸结合成的，1776 年他加热这一新土的硝酸盐，获得纯净的土（氧化物）。舍勒预测到这种氧化物中含有一种新元素，但囿于当时的实验条件，他无法分离出纯净的该元素。1808 年英国化学家，元素之父戴维（H.Davy）联想到碱土金属硫化物受照射发光的现象，认为这种波罗拉石中应当含有一种新的碱土金属元素。于是他用汞作阴极，铂作阳极，电解重晶石（主要含BaSO4）制得钡汞齐，经蒸馏去汞后，得到一种纯度不高的金属1，并以希腊文

3、 barys（重）命名。元素符号定为 Ba，称为钡。1 利用这种电解法，戴维还率先得到了钠、钾、镁、钙、锶、硅和硼。电子层结构 Xe6s 周期表中位置 第六周期 A 族 地壳中含量 500g/t（第 14 位）电负性 0.89 第一电离能 502.8kJ/mol 原子半径 217pm 最高化合价+2 -2-3.钡单质：典型的活泼碱土金属 3.1 物理性质 钡是一种银白色金属，相对密度 3.51，属于轻金属。金属钡很软，莫氏硬度 1.25，可用小刀切割。略具光泽，有延展性。焰色反应为黄绿色，受激发易放出电子。钡的熔点为 725，沸点为 1640。3.2 晶体结构 钡单质属立方晶体，晶胞为体心立方

4、晶胞，a=502.8pm。图 1：钡的焰色呈黄绿色 图 2：金属钡保存在液体石蜡中 3.3 化学性质 钡的化学活性很大，在碱土金属中是最为活泼的。从电势(Ba2+/Ba)=2.92V)及电离能(1=502.8kJ/mol)可以看出，钡单质具有很强的还原性，事实上若只考虑失去第一个电子的情况，钡在水中的还原性是最强的，但钡失去第二个电子(965.1kJ/mol)相对困难，所以综合考虑，钡的还原性会下降不少。即使如此，它也是酸性溶液中最活泼的金属之一，仅次于锂，铯，铷与钾。钡在空气中缓慢氧化，生成氧化钡，氧化钡为无色立方晶体。钡在加热至熔点以上时可能发生自燃。不同于其他碱土金属，钡在过量的氧气中燃

5、烧，除了生成 BaO 外，还会生成一些BaO2。钡与水反应，生成氢氧化钡与氢气，由于氢氧化钡的溶解度不大，且钡的升华能较高，所以反应不如碱金属那样剧烈，生成的氢氧化钡会一定程度上抑制反应进行。尽管如此，钡在潮湿空气中也会迅速与氧和水发生反应，容易自燃，所以在保存时常常置于煤油、液体石蜡等物质中避免接触水和空气。钡能溶于液氨，生成具有顺磁性的、导电的蓝色溶液，其本质是形成了氨合电子。在长时间放置后，氨中的氢会被氨合电子还原成氢气，总反应为钡与液氨反应生成氨基钡与氢气：Ba+2NH3(l)=Ba(NH3)22+2e-Ba(NH3)22+2e-=Ba(NH2)2+H2 此外与其他碱土金属类似，钡可与

6、卤素、硫、氢、氮等非金属单质化合。-3-3.4 用途 用于制钡盐、合金、焰火、核反应堆等，也是精炼铜时的优良除氧剂。广泛用于合金，有铅、钙、镁、钠、锂、铝及镍等合金（例如用作轴承的铅合金中钡的含量为 0.5%-4%）。金属钡可用作除去真空管和显像管痕量气体的消气剂。钡可用作球墨铸铁的球化剂，用于制造球墨铸铁。4.多种多样的钡化合物 4.1 硫酸钡 4.1.1 性质 硫酸钡为无臭、无味粉末。溶于热浓硫酸，几乎不溶于水、稀酸、醇。水悬浮溶液对石蕊试纸呈中性。相对分子量 233.39，密度 4.25-4.5g/cm，熔点1580，分解温度大于 1600。天然硫酸钡存在于重晶石矿物中。图 3：硫酸钡粉

7、末 图 4：藏于中国地质博物馆的重晶石 4.1.2 应用 由于硫酸钡性质十分稳定，既不溶于水，也不溶于酸或碱，因此它在消化道中既不会溶于胃酸而产生有毒的钡离子，也不会被消化道吸收，又能够很好地阻挡 X 射线，所以常被当作 X 光检查辅助用药用于胃肠道造影检查，俗称“钡餐造影”。放射学检查使用硫酸钡剂主要是利用其在胃肠道内可吸收 X 射线而使其显影作用，硫酸钡本身无药理作用，吃后会自动排出体外，不会引起中毒或过敏。天然的重晶石粉主要用于石油和天然气钻井泥浆的加重剂。往泥浆中加入重晶石粉可以增加泥浆的比重，使泥浆重量与地下油、气压力平衡，从而防止井喷事故，同时也可以使被钻孔机粉碎的岩石碎屑浮起以便

8、除去。一种硫化锌与硫酸钡混合而成的白色粉末，称为锌钡白，又名立德粉（Lithopone），广泛用作白色颜料，并可用在乳胶涂料和油漆中等。锌钡白具有较强的洁白度和遮盖力。硫酸钡还可用于化工、造纸、纺织填料，在玻璃生产中它可充当助熔剂并增加玻璃的光亮度。-4-4.2 硝酸钡 4.2.1 性质 硝酸钡，化学式 Ba(NO)，分子量 261.35。无色或白色有光泽立方晶体或白色粉末，密度 3.24g/cm。微具吸湿性，溶于水，极微溶于乙醇和丙酮,几乎不溶于浓酸。熔点 592，温度再高即分解，分解时放出氧气并可能产生有害的氮氧化物。有剧毒。有强氧化性，可助燃，跟硫、磷、有机物接触、摩擦或撞击能引起燃烧或

9、爆炸。燃烧时呈现绿色火焰。由硝酸跟氢氧化钡反应制得。4.2.2 应用 硝酸钡易燃易爆的特性决定了它的危险性，却也决定了它的一部分主要用途。硝酸钡燃烧时呈现绿色火焰，可用于生产绿色烟花、绿色信号弹等。有一种名为巴拉托的密度较大的炸药，由硝酸钡、TNT 和粘合剂组成。铝粉和硝酸钡混合可得到一种具有爆炸性的闪光粉。硝酸钡与铝热剂混合可得到 TH3 型铝热剂，用于手榴弹中（铝热手榴弹）。硝酸钡可用作氧化剂、分析试剂。分析化学中硝酸钡可用于硫酸和铬酸的定性。硝酸钡还可以用于制造过氧化钡，在真空管工业中也有应用。硝酸钡还用于制陶瓷釉、医药等。图 5：硝酸钡使烟花呈现绿色 图 6：粉末状的硝酸钡 4.3 碳

10、酸钡 4.3.1 性质 碳酸钡，化学式 BaCO，分子量 197.35。六角形微细晶体或白色粉末。密度 4.43g/cm，熔点 1740。1450分解，放出二氧化碳。难溶于水，微溶于含有二氧化碳的水，溶于氯化铵或硝酸铵溶液生成络合物，溶于盐酸、硝酸放出二氧化碳，如果误食会在胃酸等的作用下释放出有毒的钡离子。天然存在形式主要为毒重石，是自然界中除了重晶石以外另一种主要的含钡矿物。4.3.2 应用 碳酸钡具有十分广泛的应用。首先碳酸钡作为含钡化合物一种比较易得的基本形式，用于合成其他钡化合物。与硝酸钡一样，碳酸钡具有钡元素的特征焰色反应，可用于制作烟火和信号弹。碳酸钡还可用于电子、仪表、冶金等工业

11、。碳酸钡也可以作为陶瓷涂料和制光学玻璃的辅料。因为碳酸钡的毒性，它还会被用作一种有效的灭鼠药。-5-4.4 氟化钡和氧化钡 氟化钡，无色透明结晶或白色粉末，氟化钡晶体为立方晶系的萤石型晶体结构，高压下转变为氯化铅型结构。溶于盐酸、硝酸、氢氟酸和氯化铵溶液，以及甲醇，乙醇等有机溶剂，微溶于水（溶解度高于氟化钙和氟化锶），有中等毒性。熔点 1368，沸点 2260，相对密度 4.83，折光率 1.471。氟化钡用于制造电机电刷、光学玻璃、光导纤维、激光发生器、助熔剂、涂料剂珐琅，还可作木材防腐剂及杀虫剂等。氟化钡晶体是一种优良的高密度光学材料，具有良好的闪烁性能和时间特性，这使它在核医学、核物理、

12、粒子物理以及遥感技术等方面的运用越来越广泛。氟化钡还具有抗潮性好、使用温度高等特点，可用作二氧化碳激光器等器件和整机的窗口材料及用于其它光学元件。氧化钡，无色立方晶体。溶于酸,不溶于丙酮和氨水。与水作用成氢氧化钡，在空气中极易吸收水分和二氧化碳而生成碳酸钡。钡的原子序数较大，氧化钡的折射率较高，是铅玻璃的主要成分之一，制成的玻璃闪亮发光。钡原子半径较大，可以吸收较强的射线。为了吸收 X 射线和电子束，防止电子束引起的黑化，会将氧化钡用作显示屏玻璃的主要成分之一，显像管屏幕玻璃中少不了氧化钡。此外，液晶显示器玻璃基板中往往也含有氧化钡。4.5 过氧化钡 过氧化钡为白色或带灰白色重质粉末。在空气中

13、会缓慢分解；不溶于水，但能被水缓慢分解；遇酸类则分解成氧化钡和过氧化氢。过氧化钡有强氧化性和一定腐蚀性，可用于钡盐或过氧化氢的制备，也用作氧化剂、漂白剂、媒染剂、消毒剂等。因为其具强氧化性，是一种助燃剂，与可燃物的混合物在轻微的碰撞或摩擦下即会燃烧，尤其是在少量水润湿的情况下。遇低级醇和水起化学反应而分解，急剧加热时可发生爆炸。过氧化钡和超氧化钡都具有缓慢放出氧气和重新吸收氧气及吸收二氧化碳的功能，可起到储存与释放氧气的作用，可供载入航天器和潜艇使用。4.6 钛酸钡 钛酸钡BaTiO3是一种既有压电性，又有铁电性的材料。在不同温度下，钛酸钡晶体的结构也有所不同，介电常数也有所变化，在 120左

14、右存在峰值。钛酸钡晶体的介电常数具有明显的各向异性，沿 a 轴的介电常数最大可达10000F/m。钛酸钡陶瓷的介电性能基本上和钛酸钡单晶的相似，但由于陶瓷是多晶结构，存在晶粒和晶界。晶粒的大小和无序取向，晶界中玻璃相及杂质的存在，均直接影响其介电特性，使其与单晶的有所不同。将钛酸钡陶瓷表面涂上金属氧化物，可以制作出介电常数高达 20000F/m 至 80000F/m 的 MLCC电容器，体积小、容量大、击穿电压极高，在集成电路中大有前途。钛酸钡广泛应用于压电陶瓷、铁电陶瓷、PTC 热敏电阻、大容量微型电容器的制造，被誉为电子陶瓷工业的支柱。-6-图 7：钛酸钡晶胞 图 8：钇钡铜氧的晶体结构

15、4.7 钇钡铜氧 钇钡铜氧，化学式YBa2Cu3O7，外观为黑色固体，分子量 666.19，密度6.3g/cm。1987 年 1 月，休斯顿大学的朱经武和他的学生与阿拉巴马大学亨茨威尔分校的吴茂昆及其学生，共同发现了钇钡铜氧，也因此引发了对新高温超导材料的研究热潮。YBCO 作为一种极具意义的高温超导体材料，超导温度达到 93K，是首个超导温度在 77K 以上的材料，也就是说它的超导转变温度高于液氮的沸点（77K），用相对便宜的液氮就可以冷却，而之前发现的超导体都必须用液氦（4.2K）或液氢（20 K）冷却。YBCO 为钙钛矿缺陷型层状结构，含有 CuO-CuO2-CuO2-CuO 交替的层，

16、CuO2层可以有变形和皱褶。钇原子存在于CuO2和CuO2层中，BaO 层则在 CuO与CuO2两层之间。钇钡铜氧高温超导体在实际中已经有很多应用，例如可用作核磁共振成像、磁悬浮设施以及约瑟夫森结中的磁体。尽管如此，YBCO 在超导方面的应用主要仍受到几方面的限制：YBCO 单晶有很高的临界电流密度，多晶则因存在晶界角而很低（保持超导态时仅能通过很小的电流），通过化学气相沉积制备薄膜或调准晶界方可得到改善；此类的氧化物材料很脆，以传统方法制成线状并不能很好地保留其超导性质；尽管超导温度有所提升，但很多情况下大规模冷却物体至液氮的温度仍不十分实际。5.钡的矿产资源 5.1 矿物种类 钡在地壳中的

17、含量为 0.05%，位列 14 位。钡的矿物以重晶石（主要为BaSO4）和毒重石主要为BaCO3）为主。-7-重晶石是钡的最常见矿物，它的成分为硫酸钡，产于低温热液矿脉中，如石英-重晶石脉，萤石-重晶石脉等，常与方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、辰砂等共生。重晶石亦可产于沉积岩中，呈结核状出现，多存在于沉积锰矿床和浅海的泥质、砂质沉积岩中。在风化残余矿床的残积粘土覆盖层内，常成结状、块状。重晶石的晶体呈大的管状，晶体聚集在一起有时可形成玫瑰花形状或分叉的晶块，这称为冠毛状重晶石。纯的重晶石是无色透明的，一般则呈白、浅黄色，具有玻璃光泽。重晶石本身也有很多用途：在水泥工业中用作矿化剂，可降低熟料烧成温度并

18、增加强度和白度；利用重晶石具有吸收 X 射线的性能，用重晶石制作钡水泥、重晶石砂浆和重晶石混凝土，用以代替金属铅板屏蔽核反应堆和建造科研、医院防 X 射线的建筑物；橡胶和含约 10%重晶石的柏油混合物已成功地用于停车场，是一种耐久的铺路材料；重型道路建设设备的轮胎也部分地填充有重晶石，以增加重量，利于填方地区的夯实。毒重石是除重晶石外，自然界另一种主要含钡矿物，它的主要成分是碳酸钡。毒重石为斜方晶系，集合体呈粒状、块状，无色或微灰至淡黄色。5.2 矿产分布 钡在地壳中的含量为 0.05%，位列 14 位。美国地质调查局 2015 年数据显示，全球重晶石资源量约为 20 亿吨，其中探明资源量为

19、7.4 亿吨。全球重晶石储量为 3.5 亿吨，我国重晶石储量为 1 亿吨，约占全球总储量的 29%，居世界首位。其他重晶石资源丰富的国家有哈萨克斯坦、土耳其、印度、泰国、美国和墨西哥。过去一般认为毒重石都是共生矿,分布零散,储量较小,没有工业化开发的价值,但是我国发现了一座碳酸盐型钡矿，即毒重石矿床,此矿床横跨陕西省的汉中市和紫阳县,一直延续至重庆市城口县,其储量之大及品位之高,为举世所罕见。图 9：毒重石（左）与重晶石（右）图 10：全球重晶石产量及储量数据 -8-6.钡单质及钡化合物的工业制取 6.1 钡单质的制取 工业上金属钡的制取包括氧化钡制取和金属热还原（铝热还原）制取金属钡两个步骤

20、。制取氧化钡：优质重晶石矿首先需要经手选和浮选，之后经过去铁和硅后得到含硫酸钡大于 96%的精矿。将粒度小于 20 目的矿粉与煤或石油焦粉按重量比 41 混合，在反射炉内于 1100下焙烧，硫酸钡被还原成硫化钡（俗称黑灰），用热水浸出得到的硫化钡溶液。为了使硫化钡转化成碳酸钡沉淀，需要向硫化钡水溶液中加入碳酸钠或通入二氧化碳。将碳酸钡与炭粉混合后于800以上煅烧，即可制得氧化钡。需要注意的是，氧化钡在 500-700时氧化生成过氧化钡，在 700-800时过氧化钡又可分解生成氧化钡，因而为了避免生产过氧化钡，煅烧产物需要在惰性气体保护下冷却或淬冷。铝热还原：铝还原氧化钡的反应因配料不同有以下两

21、种：6BaO+2Al3BaOAl2O3+3Ba 或：4BaO+2AlBaO Al2O3+3Ba 在 10001200时，这两种反应产出的钡很少，所以需要用真空泵将钡蒸气不断地从反应区转移到冷凝区，反应才能不断向右进行。反应后的残渣有毒，需经处理才能弃去。6.2 部分钡化合物的制取 6.2.1 碳酸钡的制取 碳化法：将重晶石和煤按照一定比例混合，经破碎进入回转炉在1100-1200下焙烧还原制得硫化钡熔体。在硫化钡溶液中通入二氧化碳进行碳化：BaS+CO2+H2O=BaCO3+H2S 将得到浆液经脱硫洗涤和真空过滤，然后在 300下干燥、粉碎，即可得到碳酸钡成品。该方法工艺简单、成本低，因而被大

22、多数厂家采用。复分解法：由硫化钡与碳酸铵进行复分解反应，反应如下：BaS+(NH4)2CO3=BaCO3+(NH4)2S 或用氯化钡与碳酸钾反应，反应如下：BaCl2+K2CO3=BaCO3+2KCl 反应所得的产物再经洗涤、过滤、干燥等，即可以得到碳酸钡成品。毒重石化法：将毒重石矿粉与铵盐反应生成可溶性钡盐，同时将碳酸铵回收使用，可溶性钡盐加入碳酸铵沉淀出精制碳酸钡，经过滤、干燥后制成成品。此外，得到的母液可回收循环使用。反应如下：BaCO3+2HCl=BaCl2+H2O+CO2 BaCl2+2 NH4(OH)=Ba(OH)2+2NH4Cl Ba(OH)2+CO2=BaCO3+H2O -9-

23、6.2.2 钛酸钡的制取 固相法：通过煅烧碳酸钡和二氧化钛可制得钛酸钡，其中可掺杂任意其他材料。反应如下：TiO2+BaCO3=BaTiO3+CO2 共沉淀法：将氯化钡和四氯化钛按等物质混合溶解，加热至70，然后滴入草酸，得到水合草酸钛酰钡BaTiO(C2O4)2 4H2O沉淀，经洗涤、干燥，再进行热解，最后得到钛酸钡。反应如下：BaCl2+TiCl4+2H2C2O4+5H2O=BaTiO(C2O4)2 4H2O+6HCl BaTiO(C2O4)2 4H2O=BaTiO3+2 CO2+2CO+4H2O 偏钛酸经打浆后加入氯化钡溶液，然后在搅拌下加入碳酸铵，生成碳酸钡和偏钛酸共沉淀，煅烧后得产品

24、。反应如下：BaCl2+(NH4)2CO3=BaCO3+2 NH4Cl H2TiO3+BaCO3=BaTiO3+CO2+H2O 图 11：制取钡单质的流程图 7.钡中毒与钡对环境的影响 7.1 钡中毒 钡对人类来说不是必需元素，而是有毒元素，常见钡盐除硫酸钡外，其他均有毒性。脱毛药中含有的硫化钡，防治农业害虫剂或杀鼠药中含有的氯化钡、碳酸钡等，都是可溶性钡盐，其毒性很强，如被小儿不慎误食，可致钡中毒（barium poisoning）。曾有将氯化钡误作白矾制作油条、面饼等食品，以及将碳酸钡误作熟石膏放入豆浆中引起很多人中毒的事件。X 线造影用的硫酸钡不纯或以其他钡盐误作硫酸钡应用均可导致中毒事

25、故。亦有误将实验室用的氯化钾（掺含钡盐）配制治疗用药作静脉滴注导致中毒死亡的报道。钡及其化合物可由呼吸道、消化道及受损的皮肤进入体内，亦可经静脉用药致死。职业性钡中毒主要由于呼吸道吸入引起，见于生产和使用过程中的意外事故，如碳酸钡烘干炉维修时违反操作规程、淬火液爆溅灼伤皮肤、掉入硫化钡或氯化钡池内等。非职业钡中毒主要由消化道摄食所致，大多由误食引起。液态可溶性钡化合物可经创伤皮肤吸收，如高温溶液灼伤皮肤，吸收可致中毒。血液里的钡离子在 24小时内大部分迅速转移到肌肉和骨骼，之后肌肉内钡逐渐减少，骨骼中逐渐增高，蓄积量可达吸收总量的 65%。钡主要经粪便和尿排出，母体内的钡可通过胎盘屏障和乳汁进

26、入胎儿、乳儿体内。钡离子对横纹肌、平滑肌和心肌均能产生过度的刺激和兴奋作用，最后导致麻痹；钡改变细胞膜的通透性，导致低钾血症。口服氯化钡中毒剂量为 0.20.5g，致死量为0.80.9g。钡中毒早期表现为胃肠刺激症状。以后也可能产生麻痹，并有面部 -10-青紫、四肢发冷、出冷汗、肌肉震颤、抽搐、舌肌及咽喉麻痹而发生语言障碍等症状。慢性中毒表现为极度软弱、呼吸困难、流涎、口眼黏膜炎症、结肠炎、消化不良性腹泻、胃出血、心律不齐、心动过速、血压升高、排尿障碍。有时还有头发及眉毛脱落现象。经常接触重晶石（BaSO4）粉尘，可能引起“肺尘埃沉着病”。救治手段：立即脱离现场，皮肤灼伤者用 2%5%硫酸钠彻

27、底冲洗后再按灼伤常规处理，钡化合物粉尘经呼吸道向消化道进入者，漱口后口服适量的硫酸钠；尽快驱除毒物，口服中毒者先用温水或 5%硫酸钠洗胃，然后再口服2030g 硫酸钠（不宜使用有抑制呼吸作用的硫酸镁），洗胃和导泻后，可再用1%硫酸钠 5001000ml 静脉滴注或 10%硫酸钠 200ml 缓慢静脉滴入，连用23 天后改为口服（或用 20%硫代硫酸钠 2040ml 静脉注射代替，每日 12 次）；及早充分补充钾盐，轻症可每日口服 36g，重症者应静脉补钾，在5%10%葡萄糖注射液 500ml 中加入氯化钾 2.03.0g，静脉缓滴，每日量可达 46g；保护心肌，防治心律不齐，纠正脱水及抗休克等

28、对症治疗。7.2 钡对环境的影响 钡在地壳中的含量位列第 14 位，大多数土壤中都含有低浓度的钡。但是，除了含钡矿石的风化，钡矿的开采、冶炼及钡化合物的生产都可能会将钡释放到环境中。此外，人类在日常生活中使用含钡物品也可能增加环境中钡的含量，如防治农业害虫剂或杀鼠药中含有可溶性钡盐氯化钡、碳酸钡等。钡在水、土壤、沉积物中存在的时间取决于钡存在的形式，如硫酸钡和碳酸钡不溶于水，在环境中存在的时间较长，而氯化钡、硝酸钡和氢氧化钡等易溶于水，在环境中存在的时间较短。这些易溶于水中的化合物与水中存在的硫酸盐和碳酸盐发生反应，生成难溶的硫酸钡、碳酸钡。硫酸钡和碳酸钡是土壤和水源中最常见的钡化合物。当钡化

29、合物被鱼及其他水生生物吸入体内，这些物质就会在它们体内富集。-11-高纯氧化钇陶瓷 用途：高纯氧化钇陶瓷可以用来制作半导体原件。这种材料可以减少粒子产生和金属污染，顺应市场需要。它还可以制作淋浴板、储水装置、绝缘隔热装置、气体喷嘴、金属螺丝的保护帽等。氧化钇陶瓷具有良好的光学性能，在制作光学材料方面氧化钇稳定性高，能耐金属钠蒸气和其他卤化物蒸气腐蚀，可制作高压气体放电灯灯管。氧化钇基闪烁陶瓷具有较高的光输出、较短的余辉时间以及与探测器匹配的发射峰位，作为陶瓷闪烁体已装备于 GE 医疗部门所生产的 X-CT，每年产量以吨计，具有很高的商业价值。氧化钇透明激光陶瓷输出效率可达 32%，到目前为止，

30、其最高输出功率已达 9.2W，最短脉冲宽度达到 68fs。氧化钇透明陶瓷转换发光：氧化钇作为优异的发光材料基质，早已应用于灯用荧光粉及电致发光等领域。不同稀土离子掺杂的透明氧化钇陶瓷在98nmLD 激发下表现出良好的上转换发光性能，在 420-680nm 可实现蓝色、绿色、橙色、红色等多个波长的上转换发射。制造及其难点：首先需制备氧化钇粉体。可以直接购买商业高纯氧化钇粉体，也可制备氧化钇纳米晶，以降低烧结温度。1997 年，Saito 等采用 0.5mol/L 的YNO3溶液和 2.5mol/L 的NH4HCO3溶液，通过正滴和长时间陈化，并使用质量分数0.05%的(NH4)2SO4溶液洗涤沉

31、淀物，获得碳酸盐前驱体；经过700-1100煅烧，得到高烧结活性的氧化物纳米晶粉体。此外，可通过湿化学法和共沉淀法制造粉体。之后需要烧结粉体。商品氧化钇通过真空热压工艺，在约40MPa的热压压力和1500下保温2h实现陶瓷的透明化，可通过提高烧结温度等方法提高氧化钇透明度。纳米晶粉体经1700真空烧结2h即可获得直线透过率达30 40%（600nm处）的透明陶瓷。2003年，章健采用共沉淀法合成不同稀土离子掺杂的氧化钇粉体，一次粒径为60 80nm，经等静压成型后，在干氢气氛、1850保温9h，制备含有不同稀土离子掺杂的氧化钇透明陶瓷，在1100nm处的透过率达80%，接近激光输出质量。氧化钇

32、陶瓷制造难点在于提高透光度、减少杂质。氧化钇可作为窗口材料，但由于目前商业纳米氧化钇粉体中含有较多杂质，其光学性能尚无法满足应用要求。加入镧元素可提高氧化钇透光度。此外，氧化钇烧结温度较高，需要综合多种烧结方法降低烧结温度。-12-国内外最先进水平：国外对氧化钇粉体制备、成型、烧结工艺进行了比较深入的研究，使其成功应用于医学 CT、口腔医学、激光增益介质和窗口等领域。相比较而言，国内对氧化钇的研究尚不充分，主要处于实验室制备氧化钇粉体及研究烧结方法阶段。还需要加大研究和开发力度，探索先进的氧化钇粉体合成手段，尤其是批量合成手段。应寻找氧化钇陶瓷更多应用领域，针对具体应用领域的需求，开发合适的成型工艺。可以预见，由于氧化钇所具有的多种优异性能，随着研究工作的深入，必将有更多新的应用领域被开发出来。