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稀土玻璃及抛光材料

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稀土玻璃及抛光材料
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稀土玻璃及抛光材料

【摘要】:
玻璃制造约有五千多年历史,光学玻璃生产也有近二百年历史,但是稀土元素应用于玻璃制造却只是近百年事.19世纪末开始用氧化铈作玻璃脱色剂,20世纪20年代开始研究稀土硼酸盐玻璃,30年代制造了具有高折射率低色散含镧光学玻璃.  玻璃陶瓷工业是稀土应用一个重要传统领域,在国外约占稀土总消费量33%.稀土在玻璃工业中被用作澄清剂,添加剂,脱色剂,着色剂和抛光粉,起着其他元素不可替代作用.利用一些稀土元素高

 玻璃制造约有五千多年历史,光学玻璃生产也有近二百年历史,但是稀土元素应用于玻璃制造却只是近百年事.19世纪末开始用氧化铈作玻璃脱色剂,20世纪20年代开始研究稀土硼酸盐玻璃,30年代制造了具有高折射率低色散含镧光学玻璃.

  玻璃陶瓷工业是稀土应用一个重要传统领域,在国外约占稀土总消费量33%.稀土在玻璃工业中被用作澄清剂,添加剂,脱色剂,着色剂和抛光粉,起着其他元素不可替代作用.利用一些稀土元素高折射,低色散性能特点,可生产光学玻璃,用于制造高级照相机,摄像机,望远镜等高级光学仪器镜头;利用一些稀土元素防辐射特性,可生产防辐射玻璃.利用稀土元素生产多种陶瓷颜料具有价廉,颜色纯正,艳丽和耐高温特点,正受到用户青睐.
1.激光玻璃
  钕玻璃是目前激光输出脉冲能量最大,输出功率最高激光玻璃,其大型激光器用于热核聚变等.双掺Nd3±Yb3+激光玻璃是通过Nd3+对Yb3+敏化,使Yb3+在室温下获1.06μm激光,能级简单,储能效率高,荧光寿命长(是钕玻璃3倍),二阶非线性系数低,在970nm附近有一强吸收峰,可直接用LnGaAs半导体激光器泵浦,热稳定性较好,有确定受激发射截面,吸收带较宽,掺杂浓度高等,用于光通讯,高能激光武器(可摧毁导弹,卫星,飞机等大型目标).掺铒磷酸盐激光玻璃能实现1.5μm低阈值激光,在大气中传输能力强.掺钬氟锆酸玻璃在543nm波长上连续激光运转;该玻璃中掺入一定量镱可使Yb3+吸收能量转移到Ho3+上,在激光器小型化改进等方面很有前途.
2.智能玻璃
  光致变色玻璃是能在光激发下发生变色反应玻璃,它是能自行调节透光性能,可作眼镜,高级汽车档风玻璃,窗玻璃,全息照像材料,制作文字,图像贮存光记忆显示,可擦光调制元件等.光敏微晶玻璃利用感光化学腐蚀方法可以使该种玻璃形成各种复杂图案,在印刷,电路板,射流元件,电荷存储管,光电信增管荧光屏等方面有广泛应用.在玻璃中掺入Nd,Er,Dy,Tb,Ho,Ce,Eu,Yb及Pr等稀土元素光学纤维具有温度敏感特性,可用于分布式传感器,光纤激光器和超亮度光源有源增益介质及其他非线性器件. 
3.长余辉发光玻璃
  长余辉发光玻璃利用太阳光,日光灯或白炽灯等光源经短时间照射后,储存能量,在黑暗处发出可见光,发光亮度高,主激发波长位于320nm和360nm处,主发射波长位于520nm,发光时间在人眼视觉可见亮度水平(0.32mcd/m2)上,可持续达8h以上,从而利用太阳能,实现人们"不夜城"梦想.将印有文字,图像等信息纸张等放在该透明玻璃上,随后用短波紫外线等高能电磁波照射,玻璃就自动记忆纸张等上信息,当在暗背景中,受到日光等长光波源照射,原存储在该玻璃上信息(文字,图像等)再现出来.
4.稀土旋光玻璃
  在以铝钡硼硅酸盐为基础玻璃中加入20%~30%CeO2,Eu2O3,Tb4O7,Dy2O3等可制得法拉弟磁光玻璃.调整玻璃组成可进一步制得顺磁性和反磁性玻璃.在玻璃中加入Er2O3和Dy2O3,Tb4O7使玻璃有高费尔德常数.我国西安光机所研制该玻璃在632.8纳米和室温下费尔德常数可达0.38分贝/奥斯特·厘米,比日本FR-5还高出52%.该玻璃可做各种磁光功能器,可拉制磁光保偏光纤(可提高光纤通讯质量,信息处理,激光技术及电力工业实现自动测量,如磁光电流互感器),在大功率激光核聚变装置中用于制作隔离反向激光隔离器,用作全息光弹仪,环形激光磁力仪,光通讯系统光隔离器等. 
5.镧系光学玻璃
  镧系光学玻璃具有高折射率,低色散度,可简化光学仪器镜头,消除球差,色差和像质畸变,扩大视场角,提高成像质量;广泛用于航空摄像机,高档相机,高档望远镜,高倍显微镜,复印机,扫描仪,变焦镜头,广角镜头等.日本,法国等近来开始将其国内,国际市场2/3让给中国,他们说"21世纪光电材料是中国世纪",从1999年7月仅成都光明器材厂就接到国外订单225吨(以前我国出口为零).现仅就目前世界镧玻璃为例,每年需要量约为4000吨,并有上升趋势,每吨镧玻璃需用氧化镧50%~70%,即镧玻璃每年至少用氧化镧2000吨,每吨氧化镧(99.95%)最高价为6万元/吨(2002年8月氧化镧99%~99.9%1.7~2.1万元/吨),镧玻璃平均售价20万元/吨,每年至少上缴利税亿元以上;同时可持续解决国内稀土中镧过剩难题.成都奥格光学玻璃有限公司成品率达90%以上,主要销往国外.
6.耐辐射玻璃
  在玻璃中加入一定氧化铈能提高玻璃被辐照作用稳定性.成都光明器材厂根据国家核能技术发展需要,研究和生产该玻璃已有70多个产品,其中500号53个,600号13个,700号4个,800号2个,满足了原子能工业,宇航工业,核电等行业需求.
7.稀土颜色玻璃和特种眼镜玻璃
  稀土离子由于4f层内电子迁移,除La3+,Gd3+,Y3+,Lu3+电子难以激发而呈无色外,其他稀土离子都有不同程度吸收380~780nm光谱特性,并呈现各自特征颜色,单独或配合使用能使玻璃呈各种色彩,可做装饰品,仪器和照相镜头滤光片,信号灯,特种眼镜(UC片,克斯,克赛,抗疲劳,激光防护,超薄镜片等).
8.全色变色玻璃
  全色变色玻璃色彩变化和明度随处理温度,时间不同而改变.
9.红外玻璃
  红外玻璃用于红外摄影,夜战等. 
10.稀土光纤玻璃
  稀土光纤玻璃用于通信,夜视器件,光纤放大器,在数据储存,打印显示,医学等领域开始应用.
11.稀土抛光粉
  稀土抛光粉主要应用于电视玻壳,阴极射线管,显示屏,玻璃光学仪器,集成线路板,眼镜片,光掩膜抛光,它最大传统市场是彩电阴极射线管.近年来,随着液晶平面显示技术,电子光学工业不断发展,高性能稀土抛光粉在液晶显示屏,平面直角大屏幕彩电等平面显示产品,计算机,文字处理器以及汽车导航系统,光掩膜,汽车工业等方面得到了广泛应用,尤其欧美,日本,韩国等发达国家和地区对用于液晶显示屏,大屏幕高清晰度彩电,光掩膜高性能稀土抛光粉需求增加.虽然市场对抛光粉需求量不断增加,但是需求方向却在发生着重大变化,对产品要求质量更高,均一性更好,性能更佳,国内传统工艺生产抛光粉质量已不能满足要求.因此,发挥我国稀土资源优势,采用先进工艺及设备对生产线进行技术改造,对引领我国抛光粉等稀土产品在高科技领域发展,改变稀土资源大国长期大量进口高品质稀土产品被动局面具有重要战略意义.稀土抛光粉是稀土类产品中重要延伸产品之一,开发利用历史长,性能好,应用广泛,前景看好.20世纪50年代,我国就开始研制稀土抛光粉,并有小量生产.60年代末,稀土抛光粉开始走向工业化生产.
  1990年以来,由于国内外市场对稀土抛光粉需求不断增加,推动了我国稀土抛光粉产业,在生产能力,产量,生产技术,市场开发等方面取得了较大发展.特别是1997年,包钢(集团)公司与日本清美化学株式会社,日本三菱商事株式会社3家共同投资组建了包头天骄清美稀土抛光粉有限公司后,我国稀土抛光粉生产能力及产量有了较大提高,目前我国稀土抛光粉生产企业有30多家,上千吨规模企业有4家.2003年我国稀土抛光粉生产能力为8000吨,是1995年700吨10.7倍,是1990年400吨20倍,2003年实际产量为4800吨,较1995年670吨增长6.2倍,较1990年232吨增长19.7倍.目前,我国可以生产高中低三大类别14个品种,24种规格铈基系列抛光粉.目前我国稀土抛光粉生产能力和产量均居世界首位.1995~2003年我国稀土抛光粉生产情况列于表1.
  由于主要各种光学玻璃器件,电视机显象管,光学镜片,示波管,平板玻璃,半导晶片和金属精密仪器以及水晶谐振子,光盘,高级光学玻璃产量增加,稀土抛光粉应用日益普及,我国稀土抛光粉产能和产量都在不断扩大.2003年我国稀土抛光粉消费量约为3500吨,世界稀土抛光粉用量已达1.5万吨,预测2005年全球稀土抛光粉用量将达到2万吨.随着我国电子信息产业迅速发展,我国必将成为世界稀土抛光粉生产,出口及消费大国.目前,包头天骄清美稀土抛光粉有限公司生产能力已达2200吨,该公司新建一条年产820吨TE-500稀土抛光粉生产线也已竣工投产.中国稀土控股有限公司年产500吨高质量稀土抛光粉生产线2003年12月已开始试车.面对市场变化,甘肃稀土集团利用自身稀土生产规模优势和多年生产抛光粉技术和经验,在我国第一条稀土抛光粉生产线现有技术及工艺基础上,引进国外先进设备,并吸纳日本,韩国,澳大利亚三国抛光粉生产线优点及优势技术,成功研制并建成设备水平较高高性能稀土抛光粉生产线,使公司新老(300吨/年)系统形成了1500吨/年稀土抛光粉生产能力,已在2003年下半年正式进入批量生产阶段,产品主要用于液晶显示屏,大屏幕高清晰度彩电阴极射线管,光掩膜等抛光.目前,我国稀土抛光粉生产企业有20多家,年生产能力在1000吨规模以上有4家,500~1000吨之间有5家,100~500吨之间有10余家,实际产量超过百吨有10多家.
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