稀土玻璃及拋光材料
發布時間:
2018-04-21
玻璃制造約有五千多年歷史,光學玻璃生產也有近二百年歷史,但是稀土元素應用于玻璃制造卻只是近百年事.19世紀末開始用氧化鈰作玻璃脫色劑,20世紀20年代開始研究稀土硼酸鹽玻璃,30年代制造了具有高折射率低色散含鑭光學玻璃. 玻璃陶瓷工業是稀土應用一個重要傳統領域,在國外約占稀土總消費量33%.稀土在玻璃工業中被用作澄清劑,添加劑,脫色劑,著色劑和拋光粉,起著其他元素不可替代作用.利用一些稀土元素高
玻璃制造約有五千多年歷史,光學玻璃生產也有近二百年歷史,但是稀土元素應用于玻璃制造卻只是近百年事.19世紀末開始用氧化鈰作玻璃脫色劑,20世紀20年代開始研究稀土硼酸鹽玻璃,30年代制造了具有高折射率低色散含鑭光學玻璃.
玻璃陶瓷工業是稀土應用一個重要傳統領域,在國外約占稀土總消費量33%.稀土在玻璃工業中被用作澄清劑,添加劑,脫色劑,著色劑和拋光粉,起著其他元素不可替代作用.利用一些稀土元素高折射,低色散性能特點,可生產光學玻璃,用于制造高級照相機,攝像機,望遠鏡等高級光學儀器鏡頭;利用一些稀土元素防輻射特性,可生產防輻射玻璃.利用稀土元素生產多種陶瓷顏料具有價廉,顏色純正,艷麗和耐高溫特點,正受到用戶青睞.
1.激光玻璃
釹玻璃是目前激光輸出脈沖能量最大,輸出功率最高激光玻璃,其大型激光器用于熱核聚變等.雙摻Nd3±Yb3+激光玻璃是通過Nd3+對Yb3+敏化,使Yb3+在室溫下獲1.06μm激光,能級簡單,儲能效率高,熒光壽命長(是釹玻璃3倍),二階非線性系數低,在970nm附近有一強吸收峰,可直接用LnGaAs半導體激光器泵浦,熱穩定性較好,有確定受激發射截面,吸收帶較寬,摻雜濃度高等,用于光通訊,高能激光武器(可摧毀導彈,衛星,飛機等大型目標).摻鉺磷酸鹽激光玻璃能實現1.5μm低閾值激光,在大氣中傳輸能力強.摻鈥氟鋯酸玻璃在543nm波長上連續激光運轉;該玻璃中摻入一定量鐿可使Yb3+吸收能量轉移到Ho3+上,在激光器小型化改進等方面很有前途.
2.智能玻璃
光致變色玻璃是能在光激發下發生變色反應玻璃,它是能自行調節透光性能,可作眼鏡,高級汽車檔風玻璃,窗玻璃,全息照像材料,制作文字,圖像貯存光記憶顯示,可擦光調制元件等.光敏微晶玻璃利用感光化學腐蝕方法可以使該種玻璃形成各種復雜圖案,在印刷,電路板,射流元件,電荷存儲管,光電信增管熒光屏等方面有廣泛應用.在玻璃中摻入Nd,Er,Dy,Tb,Ho,Ce,Eu,Yb及Pr等稀土元素光學纖維具有溫度敏感特性,可用于分布式傳感器,光纖激光器和超亮度光源有源增益介質及其他非線性器件.
3.長余輝發光玻璃
長余輝發光玻璃利用太陽光,日光燈或白熾燈等光源經短時間照射后,儲存能量,在黑暗處發出可見光,發光亮度高,主激發波長位于320nm和360nm處,主發射波長位于520nm,發光時間在人眼視覺可見亮度水平(0.32mcd/m2)上,可持續達8h以上,從而利用太陽能,實現人們"不夜城"夢想.將印有文字,圖像等信息紙張等放在該透明玻璃上,隨后用短波紫外線等高能電磁波照射,玻璃就自動記憶紙張等上信息,當在暗背景中,受到日光等長光波源照射,原存儲在該玻璃上信息(文字,圖像等)再現出來.
4.稀土旋光玻璃
在以鋁鋇硼硅酸鹽為基礎玻璃中加入20%~30%CeO2,Eu2O3,Tb4O7,Dy2O3等可制得法拉弟磁光玻璃.調整玻璃組成可進一步制得順磁性和反磁性玻璃.在玻璃中加入Er2O3和Dy2O3,Tb4O7使玻璃有高費爾德常數.我國西安光機所研制該玻璃在632.8納米和室溫下費爾德常數可達0.38分貝/奧斯特·厘米,比日本FR-5還高出52%.該玻璃可做各種磁光功能器,可拉制磁光保偏光纖(可提高光纖通訊質量,信息處理,激光技術及電力工業實現自動測量,如磁光電流互感器),在大功率激光核聚變裝置中用于制作隔離反向激光隔離器,用作全息光彈儀,環形激光磁力儀,光通訊系統光隔離器等.
5.鑭系光學玻璃
鑭系光學玻璃具有高折射率,低色散度,可簡化光學儀器鏡頭,消除球差,色差和像質畸變,擴大視場角,提高成像質量;廣泛用于航空攝像機,高檔相機,高檔望遠鏡,高倍顯微鏡,復印機,掃描儀,變焦鏡頭,廣角鏡頭等.日本,法國等近來開始將其國內,國際市場2/3讓給中國,他們說"21世紀光電材料是中國世紀",從1999年7月僅成都光明器材廠就接到國外訂單225噸(以前我國出口為零).現僅就目前世界鑭玻璃為例,每年需要量約為4000噸,并有上升趨勢,每噸鑭玻璃需用氧化鑭50%~70%,即鑭玻璃每年至少用氧化鑭2000噸,每噸氧化鑭(99.95%)最高價為6萬元/噸(2002年8月氧化鑭99%~99.9%1.7~2.1萬元/噸),鑭玻璃平均售價20萬元/噸,每年至少上繳利稅億元以上;同時可持續解決國內稀土中鑭過剩難題.成都奧格光學玻璃有限公司成品率達90%以上,主要銷往國外.
6.耐輻射玻璃
在玻璃中加入一定氧化鈰能提高玻璃被輻照作用穩定性.成都光明器材廠根據國家核能技術發展需要,研究和生產該玻璃已有70多個產品,其中500號53個,600號13個,700號4個,800號2個,滿足了原子能工業,宇航工業,核電等行業需求.
7.稀土顏色玻璃和特種眼鏡玻璃
稀土離子由于4f層內電子遷移,除La3+,Gd3+,Y3+,Lu3+電子難以激發而呈無色外,其他稀土離子都有不同程度吸收380~780nm光譜特性,并呈現各自特征顏色,單獨或配合使用能使玻璃呈各種色彩,可做裝飾品,儀器和照相鏡頭濾光片,信號燈,特種眼鏡(UC片,克斯,克賽,抗疲勞,激光防護,超薄鏡片等).
8.全色變色玻璃
全色變色玻璃色彩變化和明度隨處理溫度,時間不同而改變.
9.紅外玻璃
紅外玻璃用于紅外攝影,夜戰等.
10.稀土光纖玻璃
稀土光纖玻璃用于通信,夜視器件,光纖放大器,在數據儲存,打印顯示,醫學等領域開始應用.
11.稀土拋光粉
稀土拋光粉主要應用于電視玻殼,陰極射線管,顯示屏,玻璃光學儀器,集成線路板,眼鏡片,光掩膜拋光,它最大傳統市場是彩電陰極射線管.近年來,隨著液晶平面顯示技術,電子光學工業不斷發展,高性能稀土拋光粉在液晶顯示屏,平面直角大屏幕彩電等平面顯示產品,計算機,文字處理器以及汽車導航系統,光掩膜,汽車工業等方面得到了廣泛應用,尤其歐美,日本,韓國等發達國家和地區對用于液晶顯示屏,大屏幕高清晰度彩電,光掩膜高性能稀土拋光粉需求增加.雖然市場對拋光粉需求量不斷增加,但是需求方向卻在發生著重大變化,對產品要求質量更高,均一性更好,性能更佳,國內傳統工藝生產拋光粉質量已不能滿足要求.因此,發揮我國稀土資源優勢,采用先進工藝及設備對生產線進行技術改造,對引領我國拋光粉等稀土產品在高科技領域發展,改變稀土資源大國長期大量進口高品質稀土產品被動局面具有重要戰略意義.稀土拋光粉是稀土類產品中重要延伸產品之一,開發利用歷史長,性能好,應用廣泛,前景看好.20世紀50年代,我國就開始研制稀土拋光粉,并有小量生產.60年代末,稀土拋光粉開始走向工業化生產.
1990年以來,由于國內外市場對稀土拋光粉需求不斷增加,推動了我國稀土拋光粉產業,在生產能力,產量,生產技術,市場開發等方面取得了較大發展.特別是1997年,包鋼(集團)公司與日本清美化學株式會社,日本三菱商事株式會社3家共同投資組建了包頭天驕清美稀土拋光粉有限公司后,我國稀土拋光粉生產能力及產量有了較大提高,目前我國稀土拋光粉生產企業有30多家,上千噸規模企業有4家.2003年我國稀土拋光粉生產能力為8000噸,是1995年700噸10.7倍,是1990年400噸20倍,2003年實際產量為4800噸,較1995年670噸增長6.2倍,較1990年232噸增長19.7倍.目前,我國可以生產高中低三大類別14個品種,24種規格鈰基系列拋光粉.目前我國稀土拋光粉生產能力和產量均居世界首位.1995~2003年我國稀土拋光粉生產情況列于表1.
由于主要各種光學玻璃器件,電視機顯象管,光學鏡片,示波管,平板玻璃,半導晶片和金屬精密儀器以及水晶諧振子,光盤,高級光學玻璃產量增加,稀土拋光粉應用日益普及,我國稀土拋光粉產能和產量都在不斷擴大.2003年我國稀土拋光粉消費量約為3500噸,世界稀土拋光粉用量已達1.5萬噸,預測2005年全球稀土拋光粉用量將達到2萬噸.隨著我國電子信息產業迅速發展,我國必將成為世界稀土拋光粉生產,出口及消費大國.目前,包頭天驕清美稀土拋光粉有限公司生產能力已達2200噸,該公司新建一條年產820噸TE-500稀土拋光粉生產線也已竣工投產.中國稀土控股有限公司年產500噸高質量稀土拋光粉生產線2003年12月已開始試車.面對市場變化,甘肅稀土集團利用自身稀土生產規模優勢和多年生產拋光粉技術和經驗,在我國第一條稀土拋光粉生產線現有技術及工藝基礎上,引進國外先進設備,并吸納日本,韓國,澳大利亞三國拋光粉生產線優點及優勢技術,成功研制并建成設備水平較高高性能稀土拋光粉生產線,使公司新老(300噸/年)系統形成了1500噸/年稀土拋光粉生產能力,已在2003年下半年正式進入批量生產階段,產品主要用于液晶顯示屏,大屏幕高清晰度彩電陰極射線管,光掩膜等拋光.目前,我國稀土拋光粉生產企業有20多家,年生產能力在1000噸規模以上有4家,500~1000噸之間有5家,100~500噸之間有10余家,實際產量超過百噸有10多家.
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