铁矿概述
2019-02-18 10:47:01
铁是世界上发现最早、使用最广,用量也是最多的一种金属,其消耗量约占金属总消耗量的95%左右。铁矿石首要用于钢铁工业,冶炼含碳量不同的生铁(含碳量一般在2%以上)和钢(含碳量一般在2%以下)。生铁一般按用处不同分为炼钢生铁、铸造生铁、合金生铁。钢按组成元素不同分为碳素钢、合金钢。合金钢是在碳素钢的基础上,为改进或取得某些功能而有意参加适量的一种或多种元素的钢,参加钢中的元素种类许多,首要有铬、锰、钒、钛、镍、钼、硅。此外,铁矿石还用于作合成的催化剂(纯磁铁矿),天然矿藏顔料(赤铁矿、镜铁矿、褐铁矿)、饲料添加剂(磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿)和贵重药石(磁石)等,但用量很少。钢铁制品广泛用于国民经济各部门和人民日子各个方面,是社会生产和大众日子所必需的根本材料。自从19世纪中期创造转炉炼钢法逐步形成钢铁工业大生产以来,钢铁一直是最重要的结构材料,在国民经济中占有极重要的位置,是社会发展的重要支柱产业,是现代化工业最重要和使用最多的金属材料。所以,人们常把钢、钢材的产值、种类、质量作为衡量一个国家工业、农业、国防和科学技术发展水平的重要标志。
电冶金概述
2019-01-04 09:45:48
应用电能进行冶金作业的总称。它包括使用电流产生冶金反应,从矿物或其他原料中提取金属的所有冶金过程。电冶金主要分电解过程和电热过程两大类。 一、电解过程电解是使直流电流通过金属盐的水溶液或金属化合物的熔融体引起化学分解的过程,结果在阴极电沉积析出金属,而在阳极发生阴离子的电氧化过程或可溶性阳极的溶解过程。
电解在冶金工业上有两方面的应用:①电解冶金,即电解金属盐的水溶液或熔融物以提取金属;②电解精炼,就是使不纯的金属阳极溶解生成金属离子,并让后者在阴极上以纯金属的形式电沉积下来,这样达到使金属纯化的目的。
电解冶金包括:①以酸或碱溶液处理矿石,浸取金属盐溶液;②净化浸取液;③在阴极上电沉积出金属;④电解处理过的溶液重新送入浸取工段使用等过程。
电解冶金法最先应用于从低品位铜矿(含铜约1.5%或更少)提取铜,提取率达80%~90%,生产成本低。后来,该法也被用来提取锌,但方法比较复杂。目前此法已用于镉、锑、钴、铬、铁、镓、锰和银等金属的提取。
熔盐电解是工业上用来制取那些太活泼以致不能用碳还原其氧化物或其他化合物的金属,或不能从水溶液中电沉积的金属。全部铝,大部分镁、钠、钾、钙、铍、钍、钼和混合稀土金属等都是用熔盐电解法生产的。电解溶于熔融氟化物中的纯氧化铝生产金属铝是1886年C.M.霍尔在美国和P.L.T.埃鲁在法国分别建立的方法。美国电解制铝的用电量约占全国总用电量的4%,因此,降低电解制铝的电能消耗是目前电冶金方法的一个重要研究课题。
电解精炼是将不纯的金属块置于电解液中作为阳极,电解时阳极金属溶解生成金属离子,并在阴极上电沉积出纯金属。关于铜电解精炼的报道始于1865~1870年间J.埃尔金顿的专利,金属电解精炼的成本通常比炉炼为高,但由于不同金属的电极电势(位)不同,通过控制电压电解能达到分离的目的,电解精炼得到的金属纯度较高,还能回收有价值的副产物,如电解精炼铜时可回收得到金、银和铂等贵金属,这是炉炼法做不到的。除铜外,铅、金、银、镉、镍等也常用电化学法精炼。
电热过程
电热过程是电能转变为热能的过程。在金属的冶炼、精炼、熔融或合金化等过程中都要用到电炉。电炉有电阻炉、电弧炉和感应炉等,在这些电炉中电流通过炉料电阻或产生电弧,或因电感应而转变为热。电炉比燃料炉优越,因为在电炉中,金属或其他炉料内部直接产生热,而不必由燃料燃烧产生的火焰或热气流把热传给炉料,可达到比较高的温度;电炉法还能精确控制炉温和炉内环境气氛。美国于1906年开始小规模电炉炼钢,炉温高,能较好地控制炉温、炉内环境和渣的组成,符合近代冶金要求精确控制钢的成分含量的需要。电炉钢无气孔,较致密,为机械性能较好的优质钢。铁合金和许多合金钢只能在电炉中炼制。电炉法冶炼出的镍、铜、铜合金及其他有色金属的吨位也很大。电炉冶炼的主要缺点是电能耗费大,成本高。
钴矿概述
2019-03-14 10:38:21
钴是具有钢灰色和金属光泽的硬质金属,钴(Co)原子序数为27,坐落元素周期表第八族,原子量为58.93,它的首要物理、化学参数与铁、镍挨近,属铁族元素。 钴是一种高熔点和稳定性杰出的磁性硬金属。它的居里点(失掉磁性的临界温度点)为1150℃,具永磁性,熔点为1495℃,沸点为2900℃,具耐高温性。它是制作耐热合金、硬质合金、防腐合金、磁性合金和各种钴盐的重要质料,广泛用于航空、航天、电器、机械制作、化学和陶瓷工业。因而,它是一种重要的战略物资。 我国钴金属资源量约为140万t,绝大多数为伴生资源,独自的钴矿床很少。我国钴矿档次较低,均作为矿山副产品收回,出产过程中因为档次低、出产工艺杂乱,因而金属收回率低、出产成本高。1996年我国钴金属产值(钴含量)229t,钴硫精矿产量(钴含量)192t,氧化钴638t。近几年我国钴的年消费量稳定在1200t左右,国内钴产值包含氧化钴折算为钴每年总计约600~700t,国内钴产值尚不能满意国内需求,每年约有对折需进口。
一、矿石矿藏质料特色
现在,自然界中已发现的钴矿藏和含钴矿藏共百余种,分归于单质、碳化物、氮化物、磷化物和硅磷化物、砷化物和硫砷化物、锑化物和硫锑化物、碲化物和硒碲化物、硫化物、硒化物、氧化物、氢氧化物和含水氧化物氢氧化物、盐、碳酸盐以及硅酸盐等14大类。其间以硫化物、砷化物和硫砷化物最多。常见的用于提取钴的矿藏质料见表3.11.1。表3.11.1首要钴矿藏
自然界中钴的存在方式有三种:①独立钴矿藏,②呈类质同象或包裹体存在于某一矿藏中,③呈吸附方式存在于某些矿藏表面,其间以第二种存在方式最为遍及。以类质同象或显微包裹体存在于辉石、橄榄石、磁铁矿和铬铁矿中的钴不能运用,而赋存于黄铁矿和磁黄铁矿中者则可以运用。铁矿石中以类质同象或显微包裹体存在于硫化物和硫砷化物矿藏中的钴,需加设浮选流程才干加以收回,而在铜镍矿中则无需为它们加设别的的选矿流程,它们是和镍一起选出来并从冶炼镍的炉渣中收回的,所以从炉渣中提取钴的出产成本较低。呈吸附方式存在的钴,现在不能为工业所运用。国际大洋底锰结核中含钴比较丰富,或许成为下个世纪出产钴的首要矿藏质料。二、用处与技能经济目标
钴的物理、化学性质决议了它是出产耐热合金、硬质合金、防腐合金、磁性合金和各种钴盐的重要质料。 钴基合金或含钴合金钢用作燃汽轮机的叶片、叶轮、导管、喷气发动机、火箭发动机、的部件和化工设备中各种高负荷的耐热部件以及原子能工业的重要金属材料。钴作为粉末冶金中的粘结剂能确保硬质合金有必定的耐性。磁性合金是现代化电子和机电工业中不行短少的材料,用来制作声、光、电和磁等器件的各种元件。钴也是永久磁性合金的重要组成部分。在化学工业中,钴除用于高温合金和防腐合金外,还用于有色玻璃、颜料、搪瓷及催化剂、枯燥剂等。据英国《金属导报》报导,近期来自硬质金属部分和超合金方面临钴的需求较为微弱。别的,钴在电池部分消费量增长率最高。国内有关报导讲,钴在蓄电池职业、金刚石东西职业和催化剂职业的运用也将进一步扩展,从而对金属钴的需求呈上升趋势。 独自钴矿床一般分为砷化钴矿床、硫化钴矿床和钴土矿矿床三类,它们的工业功能和工业要求见表3.11.2。表3.11.2钴矿工业要求
钴除独自矿床外,很多涣散在夕卡岩型铁矿、钒钛磁铁矿、热液多金属矿、各种类型铜矿、堆积钴锰矿、硫化铜镍矿、硅酸镍矿等矿床中,其档次虽低,但规划往往较大,是提取钴的首要来历。归纳矿床伴生钴的点评目标尚无一致规则,一般选冶功能好的矿石,含钴档次大于0.01%。钴精矿的档次0.2%便有价值,假如金属矿床规划大、矿石归纳收回作用好,钴有多少算多少。 钴硫精矿按化学成分,精矿分为六个等级,均按干矿档次核算。应契合以下规则(见表3.11.3):表3.11.3钴硫精矿精矿等级分类标准 我国钴产品的产品标准见表3.11.4。表3.11.4我国钴产品标准
三、矿业简史
钴矿藏的运用有着悠长的前史,前埃及人就曾运用钴蓝作为陶瓷制品的着色剂,我国从唐朝起也在陶瓷出产中广泛运用钴的化合物作为着色剂。1735年,瑞典化学家布兰特(Brandt)初次别离出钴,1780年伯格曼(Bergman)将钴确定为一种元素。 德国和挪威最早出产了少数的钴,1874年开发了新喀里多尼亚的氧化钴矿。1903年,加拿大安大略北部的银钴矿和砷钴矿开端出产,使钴的国际产值由1904年的16t猛增至1909年的1553t。1920年扎伊尔加丹加省的铜钴矿带开发后,钴产值一向居国际首位,摩洛哥用砷钴矿出产钴,这段时期以火法出产钴为主。尔后,第二次国际大战前夕,芬兰从含钴黄铁矿烧渣中提钴,战后送至西德氯化焙烧处理,直到1968年才建立起科科拉钴厂。日本、法国、比利时有规划较大的钴精粹厂,别离处理菲律宾、澳大利亚、摩洛哥、赞比亚的富钴中间产品。这种钴资源国的粗炼和用钴的兴旺工业国的精粹的钴冶金格式至今仍占首要位置。近年来,钴资源丰富国家也相应建立了规划较大的完好的钴冶金工厂。现在,各种湿法冶金已成为提取钴的首要办法。 与国际比较,我国的钴工业起步较晚。1952年,江西省南昌市五金矿业公司用简易鼓风炉熔炼钴土矿产出钴铁。1956年按此工艺建设了江西冶炼厂,产出的钴铁送至上海三英电冶厂(上海冶炼厂前身)处理。广东梅县也用相同工艺从钴土矿熔炼出钴铁送潮州冶炼厂处理出产工业氧化钴。 1954年,沈阳冶炼厂以湿法炼锌钴渣为质料产出第一批电钴,拉开了我国电钴出产的前奏,沈阳冶炼厂锌体系选用黄药法除钴产出黄原酸钴渣,该厂以此钴渣为质料,经过复原溶解、氧化沉钴产出含Co 30%~40%的氢氧化钴,然后再经枯燥、焙烧、电炉复原熔炼成粗金属钴,最终用电解精粹法得到电钴。1958年,赣州钴冶炼厂从当地的钴土矿中出产出氧化钴。因为当地钴土矿资源涣散,无法大规划挖掘,在冶金工业部安排下,赣州钴冶炼厂于1960年开端处理从摩洛哥进口的砷钴矿,这是我国用进口钴质料出产钴的开端。1966年,葫芦岛锌厂首家建成了从钴硫精矿中收回钴的车间,以后又陆续建成了南京钢铁厂钴车间,淄博钴冶炼厂,湖北光化磷肥厂的钴车间。 甘肃金川、四川会理、吉林磐石铜镍矿开发后,硫化铜镍矿又成为收回钴的重要资源。金川有色金属公司的钴收回包含从镍电解体系净化钴渣中出产电解钴和氧化钴,从转炉渣提钴流程产出的富钴冰铜中出产氧化钴两部分。现在,金川有色金属公司的钴产值已占全国总产值的70%以上,成为我国钴出产的重要基地。
白银概述
2018-12-12 09:36:37
一、白银概述 白银,具有特殊的化学性质,其价值早在公元前700年的美索不达米亚时期就开始为人们所认识。白银在历史上曾经与黄金一样,作为许多国家的法定货币,具有金融储备职能,也曾作为国际间重要的支付手段。中国把白银作为货币历史悠久,早在战国时期,白银就已作为货币使用。自唐宋始,银本位制得到逐步确立,明朝起成为正式货币。中国的银本位制一直持续到1935年发行法币、取消银本位为止。 银元是我国历史上白银主要的存在形式,在国外,货币也一直是白银最主要的用途。随着时间的推移,人们对白银的认识及重视程度得到了显著提高,白银在工业、摄影业、首饰、器具、货币等方面都得到了广泛的使用。 新中国成立后,对白银的管理经历了一个漫长的探索阶段。从开始的“统购统销”政策到2000年白银市场放开,短短几年间,中国白银产量和需求成倍增长,成为世界最主要的白银生产、消费和出口国之一。 目前,中国白银供需关系表现为生产严重过剩,每年需要大量出口来消化国内白银产量。与此同时,许多领域对白银的需求稳定增长,为国内白银市场的不断繁荣提供支持。
铝电解生产概述
2019-03-11 09:56:47
1、一般金属元素分为哪两大类,铝归于其间的哪一类?
答:一般金属元素分为黑色和有色两大类。除了铁、锰、铬属黑色金属外,其他均为有色金属,铝归于有色金属之类。
2、有色金属按其某些特性又可分为哪几类?
答:有色金属按其某些特性又可分为重金属、轻金属、贵金属、稀有金属、半金属等。铝是有色轻金属类的一种金属。
3、铝有哪些性质和用处?
答:性质:铝是一种轻金属,具有银白色的金属光泽,在工业上被称称为全能金属。铝的比重为2.7/cm3,熔点为660℃。铝具有杰出的导电性、导热性和防腐蚀性,一起还具有杰出的延展性、可塑性,而铝合金又具有很高的机械强度。
用处:因为铝比重轻,铝及其合金强度高,因而铝可用做轻型结构材料和建筑工业材料,如飞机、轮船、型材等,还可制造电气材料,热器材料以及耐腐蚀材料,食物包装材料等。
4、炼铝的历史可划分为哪两个阶段?
答:化学法炼铝和电解法炼铝两个阶段。
5、什么是电解法炼铝?
答:电解法炼铝就是冰晶石一氧化铝融盐电解法,它是以冰晶石作为溶剂,氧化铝为熔质,强壮的直流电通入电解槽内,在阴极和阳极上起电化学反响。电解产品,阴极上是铝液,阳极上是CO2和CO气体(炭素作阳极),这种办法就是电解法炼铝。
6、铝电解用的原材料是什么?
答:铝电解用的原材料大致分三类:质料——氧化铝;熔剂——氟化盐(包含冰晶石、氟化铝、、氟化镁、氟化钙、等);阳极材料——预焙炭块(预焙槽)。12后一页
集中润滑系统概述
2019-01-11 15:44:00
润滑指在机械设备摩擦副的相对运动表面间加入润滑剂以形成并保持适当的润滑油膜。集中润滑指的是成套供油装置同时或按需对设备润滑点供油。集中润滑的使用可以起到降低摩擦阻力、减少表面磨损、降温冷却、防止腐蚀、减震及密封等作用。 要使摩擦副的磨损小,必须在摩擦副表面保持适当的清洁的润滑油膜,即维持摩擦表面之间恒量供油以形成油膜,这通常是连续供油的较佳特性(恒流量)。 然而,有些部件需油量仅为每小时1~2滴,一般润滑设备按这样要求连续按比例供油是非常困难的。其实过量的供油如同供油量不足是同样有害的(例如,一些轴承在过量供油时会产生附加热量)。大量实验证实,不连续但经常地供油才是较佳的方式。因此,当连续供油成为不合适时,可采用经济的周期系统来实现。这种形式的系统是使定量的润滑油按预定的周期时间对润滑点持续地供油,使摩擦副保持适量的油膜。 一般来说,大部分机器上的摩擦副均适合采用周期润滑系统来润滑。使用连续润滑系统的摩擦副仅限于当机器连续运转,同时负载是很高时,例如:冲床、大型镗床、龙门铣床、滚齿机等。 因此,在对润滑系统的型式选择上,必须记住: 1、在多数情况下,应采用周期润滑系统。 2、过多和过少的润滑油对摩擦副是同样有害的。 3、选用周期润滑系统应使用计量件来控制摩擦副的供油量,选用连续润滑系统应使用控制件来控制摩擦副的供油量。 系统由以下部分组成: 1、润滑泵——按需要提供润滑介质。 2、分配元件——按需定量分配润滑介质。 3、附件——由管道接头、柔性软管(或刚性硬管)、分配块等组成。 4、控制——由电子程控器和压力开关、液位开关等控制元件组成。润滑泵按预定要求周期工作,对润滑泵及系统的开机、关机时间进行控制,对系统的压力,油罐液位进行监控和报警,以及对系统的工作状态进行显示等功能。 集中润滑系统根据润滑介质的不同可以分为润滑油润滑和润滑脂润滑:根据系统分配元件不同可以分为抵抗式润滑系统、容积式润滑系统、递进式润滑系统、油气润滑系统。 无锡瓦尔姆精密机械有限公司自主开发微量控制润滑泵——按需要提供润滑介质,拥有自主知识产权,并为客户提供整体的解决方案。 无锡瓦尔姆精密机械有限公司是润滑系统零部件及系统设计、制造的高科技技术企业。瓦尔姆由从事润滑系统设计资深专家,联合国内知名研究所,共同开发出拥有自主知识产权的一系列润滑控制单元及系统,并为客户提供整体的解决方案。 油脂润滑主要应用于:纺织机械、机床、包装机械、印刷机械、木工机械、塑料机械、锻压机械、自动扶梯等。 油雾冷却润滑主要应用于:机床金属切削加工冷却,板材拉伸成型润滑,高速转轴、旋转齿轮及传动链的润滑,木材烘烤(成型),塑料工业的切割以及灌装食品包装的消毒工序等。
铅合金概述
2019-01-25 13:36:45
以铅为基加入其他元素组成的合金。按照性能和用途,铅合金可分为耐蚀合金、电池合金、焊料合金、印刷合金、轴承合金和模具合金等。铅合金主要用于化工防蚀、射线防护,制作电池板和电缆套。 铅合金表面在腐蚀过程中产生氧化物、硫化物或其他复盐化合物覆膜,有阻止氧化、硫化、溶解或挥发等作用,所以在空气、硫酸、淡水和海水中都有很好的耐蚀性。铅合金如含有不固溶于铅或形成第二相的铋、镁、锌等杂质,则耐蚀性会降低;加入碲、硒可消除杂质铋对耐蚀性的有害影响。在含铋的铅合金中加入锑和碲,可细化晶粒组织,增加强度,抑制铋的有害作用,改善耐蚀性。 铅合金熔点低(在327℃以下)、流动性好,凝固收缩率小,熔损少,重熔时成分变化小,可铸造形状复杂、轮廓清晰的器件,广泛应用于铸造铅字和制作模型等。铅锡锑合金用于印刷工业上已有五百多年的历史。制作模型和铸字用的铅合金,所含的锑起提高硬度和强度、降低凝固收缩率的作用;所含的锡起提高流动性和轮廓清晰度的作用。利用熔点低的铅合金作模型材料,制作工艺简便,且有一定的使用寿命,对产品更改及模型翻新非常便利。 铅合金的变形抗力小,铸锭不需加热即可用轧制、挤压等工艺制成板材、带材、管材、棒材和线材,且不需中间退火处理。铅合金的抗拉强度为3~7kgf/mm2,比大多数其他金属合金低得多。锑是用于强化基体的重要元素之一,仅部分固溶于铅,既可用于固溶强化,又能用于时效强化;但如果含量过高,会使铅合金的韧性和耐蚀性变坏。从综合性能考虑,铅合金用于制作化工设备、管道等耐蚀构件时,以含锑6%左右为宜;用于制作连接构件时,以含锑8%~10%为好。铅锑合金加入少量的铜、砷、银、钙、碲等,可增加强度,称为硬铅。由于铅合金的剪切、蠕变强度低,在一定的载荷和滚动切变作用下,铅合金易于变形并减薄成为箔状;且铅合金的自润性、磨合性和减震性好,噪声小,因而是良好的轴承合金。铅基轴承合金和锡基轴承合金统称为巴氏合金,可制作高载荷的机车轴承。含砷高达2.5%~3%的铅合金,适于制作高载荷、高转速、抗温升的重型机器轴承。 铅合金具有不易被X和γ射线穿透的特性,可作放射性工作的防护材料。 铅合金的烟尘有毒,熔铸时要有良好的防护措施。
铝品种概述
2018-12-29 11:29:09
一、自然属性 铝是一种轻金属,其化合物在自然界中分布极广,地壳中铝的含量约为8%(重量),仅次于氧和硅,具第三位。铝被世人称为第二金属,其产量及消费仅次于 钢铁。铝具有特殊的化学、物理特性,是当今最常用的工业金属之一,不仅重量轻,质地坚,而且具有良好的延展性、导电性、导热性、耐热性和耐核辐射性,是国 民经济发展的重要基础原材料。
铝的比重2.7,密度约为一般金属的1/3。而常用铝导线的导电度约为铜的61%,导热度为银的一半。虽然纯铝极软且富延展性,但仍可靠冷加工及做成合金来使它硬化。铝土矿是铝的重要来源,制造一镑氧化铝约需要两磅铝土矿,而制造一磅金属铝也需要两磅氧化铝。 二、品种分类 根据铝锭的主成份含量可以分成三类:高级纯铝(铝的含量99.93%-99.999%)、工业高纯铝(铝的含量99.85%-99.90%)、工业纯铝(铝的含量98.0%-99.7%)。 三、 主要用途 近五十年来,铝已成为世界上最为广泛应用的金属之一。在建筑业上,由于铝在空气中的稳定性和阳极处理后的极佳外观而受到广泛应用;在航空及国防军工部 门也大量使用铝合金材料;在电力输送上则常用高强度钢线补强的铝缆;此外,汽车制造、集装箱运输、日常用品、家用电器、机械设备等领域都大量使用铝及铝合 金。
3003铝带概述
2018-12-05 14:35:02
适用范围 该产品常应用在外包装,机械部件,冰箱,空调通风管道等潮湿环境下,该产品具有良好的防锈能力。化学成分 铝 Al :余量 硅 Si :0.6 铜 Cu :0.05--0.2 锌 Zn:0.10 锰 Mn:1.0--1.5 铁 Fe:0.7 单个:0.05 力学性能 抗拉强度 σb (MPa) ) 120-160 条件屈服强度 σ0.2 (MPa) )≥85 相关技术标准 铝板带国家标准(GB/T 3880-2006),适用于铝合金板带材料的统一标准。
稀土激光材料概述
2019-03-07 09:03:45
一、稀土激光材料
激光是一种新式光源,它具有很好的方向性和相干性,并且能够到达很高的亮度。与激光技能相应开展起来的各种晶体,如非线性晶体,能对激光束进行调频、调幅、调偏及调相效果;能批改传输过程中激光图画的畸变;热电勘探晶体能活络地勘探到红外光等。这些特性使激光很快就运用到工、农、医和国防部分。
激光与稀土激光材料是一起诞生的。到现在为止,大约90%的激光材料都涉及到稀土。自从1960年在红宝石中呈现激光以来,同年就发现用掺钐的氟化钙(CaF2:Sm2+)可输出脉冲激光。1961年首要运用掺钕的硅酸盐玻璃取得脉冲激光,从此拓荒了具有广泛用处的稀土玻璃激光器的研讨。1962年首要运用CaWO4:Nd3+晶体输出接连激光,1963年首要研发稀土螯合物液体激光材料,运用掺铕的酰的醇溶液取得脉冲激光,1964年找出了室温下可输出接连激光的掺钕的钇铝石榴石晶体(Y3Al5O12:Nd3+),它已成为现在取得了广泛运用的固体激光材料,1973年初次完成铕-氦的稀土金属蒸气的激光振动。由此可见,在短短的十多年里,稀土的固态、液态和气态都完成了受激发射。在激光作业物质中,稀土已成为一族很重要的元素。这都与它具有特殊的电子组态、许多可运用的能级和光谱特性有关。
稀土激光材料可分为:固体、液体和气体三大类。但后两大类因为其功能、品种和用处等远不如固体材料。所以一般说稀土激光材料通常是指固体激光材料。固体材料分为晶体、玻璃和光纤激光材料,而激光晶体又占主导地位。
二、稀土固态激光材料
1.稀土晶体激光材料
现在已知约有320种激光晶体,主要是含氧的化合物或含氟的化合物,其间约290种是掺入稀土作为激活离子的,即稀土激光晶体约占90.6%,稀土中已完成激光输出的有Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb等,虽然激光晶体许多,但重要的只要数十种,而有用的更少。典型的、优秀的激光晶体有如下几种:
(1)稀土石榴石体系(YAG)
YAG是现在国内外研讨、开发和运用最活泼的体系,其间掺钕钇铝石榴石晶体(YAG∶Nd)功能最好,用处最广,产值最大。它用作重复频率高的脉冲激光器。近年来开发了功率更高的掺钕和铬的钆钪镓石榴石。
(2)掺Nd的铝酸钇体系 YAlO3∶Nd(YAP∶Nd)
YAP属正交晶系,具有各向异性,故可运用晶体的不同取向而得到不同的激光特性。别的YAP晶体的长生速度比YAG快。输出功率不易饱满。其缺陷是在高温下存在相不稳定性,热膨胀系数各向异性,致使晶体在生长过程中易呈现开裂、色心和散射颗粒等缺陷。
(3)钇(YLF)激光材料
YLF是一种优秀的激光基质,其间许多稀土激光离子都完成了激光输出。它的长处是受光辐照后,不发生色心而变色,基质吸收的截止波长移向短波。YLF:Nd晶体荧光寿命长,发射截面积大,合适二极管的泵浦的激光晶体。
2.稀土玻璃激光材料
在玻璃中可发生激光的稀土激活离子比在晶体中少,现在已知有Nd、Er、Ho、Tm等三价离子。稀土玻璃激光材料的长处是:易于制备,运用热成型和冷加工工艺可制得不同巨细尺度和形状的玻璃,灵活性比晶体大,既可拉成直径小至微米的纤维,又可制成几厘米直径和几米长的棒或圆盘。稀土玻璃是现在输出脉冲能量最大、输出功率最高的固体激光材料,用这种激光材料制成的大型激光器用于热核聚变的研讨中。
3.化学计量激光材料
在这类激光材料中,稀土激活离子不是以掺杂的办法参加的,而是作为晶体的组分之一。其潜在的运用是用于集成光学、光通讯、测距,将来光计算机与半导体激光器将有一番竞赛。
4.稀土上转化激光材料
现在完成的激光波长主要是红和红外波段,极缺蓝和绿激光波段,使激光的开展和运用受到影响。除倍频技能使长波长的激光转变为短波长激光外,近年来,人们运用发光学中的反斯托克斯效应,大力开展上转化激光材料,并使之到达有用化、商品化。
5.稀土光纤激光材料
跟着集成光学和光纤维通迅的开展,需求有微型的激光器和扩展器。90年代起,信息高速公路对信息的传输提出了更高的要求,多媒体技能要求能一起传送图、文、声、像,并且是高度明晰的声、像。信息高速公路要到达象样的高速,一般的光纤通讯技能传送信息的速度差之甚远,期望能以超高速、超长间隔办法传送信息需求跨过许多技能上的妨碍,其间之一就是怎么弥补在长间隔传送过程中光衰减的能量。所以光信号直接扩展就成为尚待处理的课题。其间掺铒的光纤扩展器能直接扩展光信息,进行大容量、长间隔通讯,使光纤通讯取得长足开展。
近年来对掺铒的光纤扩展器的研发取得了很大的发展。将铒掺入普通石英光纤,再配以980纳米、1480纳米的两种波长的半导体激光器,就根本构成了直接扩展1550纳米光信号的光扩展器。铒从高能态跃迁至基态时发射的光弥补了衰减的信号光,起到光扩展的效果。为防止无用的吸收,光纤中铒的掺杂量为几十至几百ppm,并且,在光密度高的芯的中心部分掺杂可取得高增益。
三、稀土激光材料的运用器材
1.YAG∶Nd激光器
这是用量最多、最老练的激光晶体,对其需求占激光晶体的90%左右,在未来5年内仍为主体。材料加工是激光器巨大商场之一。CO2激光器与YAG∶Nd激光器在材料加工方面供应量之比为2∶1。
2.光存贮激光器
作为信息高速公路重要组成部分,商场潜力十分巨大,其间一部分归于光存储。进步存储密度的办法是用更短波长的激光,现在最佳挑选是808微米的LED泵浦YVO4∶Nd晶体。
3.2微米激光器
Ho和Tm激光器有很大的商场潜力。因为Ho和Tm激光输出波长在2微米左右,与水的吸收峰相挨近,有极好的对人体安排切开和凝血效果,能够用普通光纤传输,是抱负的手术激光光源。美国已同意20多种2微米激光在医疗临床运用。可治疗多种疾病。2微米激光对人眼安全,大气穿透好,可作为激光雷达光源,其归纳功能优于YAG∶Nd和CO2激光器。
4.LED泵浦的固体激光器
LED泵浦固体激光器其功率比灯泵浦进步10倍,全固体化可靠性进步100倍,在光存储、微细加工、有线电视、遥感、雷达等科研方面有巨大商场。LED泵浦激光材料现在主要有YAG∶Nd、YAG∶Tm、YVO4∶Nd、Y2SiO5∶Nd等。
四、稀土激光材料开展方向
稀土材料是激光体系的心脏,是激光技能的根底,由激光而开展起来的光电子技能,不只广泛用于军事,并且在国民经济许多范畴,如光通讯、医疗、材料加工(切开、焊接、打孔、热处理等)、信息贮存、科研、检测和防伪等方面取得广泛运用,构成新工业。在军事上,稀土激光材料广泛运用于激光测距、制导、盯梢、雷达、激光兵器和光电子对立、遥测、精细定位及光通讯等方面。进步和改动各军种和军种的作战才能和办法,在战术进攻和防护中起重大效果。高功率激光材料可配备激光致盲兵器,以及光电对立等兵器。光发射二极管(LED)泵浦的激光晶体制成的激光器输出光束质量好,非线性移频功率高,可把毫瓦级的激光移频到蓝光、绿光和红光区,用于光存贮、显现、遥感、雷达和科研等。1985~1986年全世界的激光器的供应额从4.6亿美元增加到1996年的15亿美元。均匀年增长率为11%。激光产品供应额的散布:美国占45%、欧洲占30%、太平洋区域占25%。供应额占前六位运用范畴是材料加工、医疗、光通讯、科学研讨、光存储和丈量设备。到下世纪初,光通讯、光存储和信息高速公路等光电子技能将得到飞速开展。我国激光工业的供应额从1985年的0.6亿元上升到1994年的5.82亿元。均匀每年以32%的速度递加。