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金属钕

金属钕是元素周期表中的第Ⅲ族(类)副族元素,属镧系元素,带浅黄色的银白色金属,金属表面在空气中形成氧化膜而变蓝灰色。钕元素和镨元素就像是一对孪生兄弟,化学性质非常相似,伴随着镨元素的诞生,钕元素也应运而生,钕元素的到来活跃了稀土领域,在稀土领域中扮演着重要角色,并且左右着稀土市场。

是稀土元素之一,符号Nd。原子序数60。原子量144.24。基态电子构型1s22s22p63s2 3p63d104s24p64d104f45s25p66s2。化合价3。自然界存在7种钕的同位素:钕142、钕143、钕144、钕145、钕146、钕148和钕150,其中钕142含量最高,为27.11%。钕144有弱放射性。另外钕有十九种放射性同位素。淡黄色金属。软而富有延展性。比重7.003(25℃)。熔点1016℃。沸点3127℃。熔化热7159.4 焦/摩。气化热3.127×105焦/摩。第一级电离势6.31电子伏。有六方密积和立方两种晶体,相对密度分别为 7.004(六方)、6.80(立方),两种晶格转变温度为868℃。金属原子半径1.822×1010米。离子半径1.00 ×10-10米(+3价)。电阻率6.40×10-5 欧·厘米。标准电极电位(E°Nd+3/Nd))) -2.431伏(计算值)。溶于稀酸,与热水反应放出氢气。易被空气氧化而失去金属光泽。在氢气或氮气中加热生成相应的化合物。易进行切割和机械加工。应贮存于煤油、惰性气体中。1885年,奥地利的威斯巴赫(Welsbach)采用硝酸铵的复盐的分步结晶法,将当时所谓的“元素”(钕—镨混合希土)分离为两个组分。将其中一种新组分命名为 “Neodymium”(钕)。“Neo”是“新”的意思。地壳中的丰度为0.0024%。存在于独居石、硅铍钇矿和其他稀土矿中。由钕的氯化物在真空中用钾还原制得。金属钕主要用于电子工业和钢铁工业,并可用作许多合金,如钕铁硼永磁合金,以及打火石的混合稀土金属。也用于制钕盐、钇柘榴石的抗碎剂、着色玻璃、天文望远镜的透镜和激光材料等。

钕元素凭借其在稀土领域中的独特地位,多年来成为市场关注的热点。金属钕的最大用户是钕铁硼永磁材料。钕铁硼永磁体的问世,为稀土高科技领域注入了新的生机与活力。钕铁硼磁体磁能积高,被称作当代“永磁之王”,以其优异的性能广泛用于电子、机械等行业。阿尔法磁谱仪的研制成功,标志着我国钕铁硼磁体的各项磁性能已跨入世界一流水平。钕还应用于有色金属材料。在镁或铝合金中添加1.5~2.5%钕,可提高合金的高温性能、气密性和耐腐蚀性,广泛用作航空航天材料。另外,掺钕的钇铝石榴石产生短波激光束,在工业上广泛用于厚度在10mm以下薄型材料的焊接和切削。在医疗上,掺钕钇铝石榴石激光器代替手术刀用于摘除手术或消毒创伤口。钕也用于玻璃和陶瓷材料的着色以及橡胶制品的添加剂。随着科学技术的发展,稀土科技领域的拓展和延伸,钕元素将会有更广阔的利用空间。

钕铁硼永磁材料是以钕、铁、硼为主组成的金属间化合物永磁材料。典型成分为Nd15Fe77 B8。是第三代稀土永磁材料,具有“磁王”的美称,是目前磁能积最高的永磁体,已制成436kJ/m3(54.2MGOe)的磁体。磁性来自于Nd2Fe14B主相的四方晶体结构,具有很高的饱和磁化强度和很强的磁晶各向异性,c轴为易磁化轴。居里温度较低(312℃),耐腐蚀性差。制备方法有烧结、铸造、热压、锻压、挤压、热轧、粘结等。制粉方法有机械破碎、还原扩散、熔体快淬、雾化、机械合金化、氢化制粉等。两种磁体应用较广:①烧结磁体,磁性能最高,用粉末冶金法制备;②快淬磁体,由熔体快淬工艺得到磁粉,经粘结或热压、热塑性形变制成永磁体。主要用于电机、音响器件、磁共振成像、磁力传输传感器、微波通讯和磁疗器等。

【参考资料】
马世昌 主编.化学物质辞典.西安:陕西科学技术出版社.1999.第469页.
李恒德 主编.现代材料科学与工程辞典.济南:山东科学技术出版社.

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金属钕2013/9/11 12:30:47
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