Warum diese kritische Seltene Erde unersetzlich bleibt

Aktuellen Daten des britischen Forschungsunternehmens Argus Media zufolge ist der Preis für Seltenerd-Yttrium auf dem europäischen Markt am 26. Februar 2026 von etwa 6 pro Kilogramm Anfang 2025 auf 6 pro Kilogramm Anfang 2025 auf 850 pro Kilogramm gestiegen – der höchste Wert seit Verfügbarkeit vergleichbarer Daten im Jahr 2012.

Ein japanisches Unternehmen, das Yttrium-basierte Rohstoffe verwendet, stellte fest: „Es ist sehr schwierig, dieses Material durch Alternativen zu ersetzen, und es gab bisher keine deutliche Reduzierung der Beschaffungsmengen.“ Andere Daten zeigen, dass etwa 65 % der in die Vereinigten Staaten importierten yttriumhaltigen Materialien oder Yttriumoxidprodukte aus Japan stammen.

Metallisches Yttrium ist ein chemisch reaktives silberweißes Metall, das hauptsächlich durch Reduktion von Yttriumfluorid mit metallischem Kalzium hergestellt wird. Es neigt dazu, an der Luft zu oxidieren und seinen metallischen Glanz zu verlieren. Unter Umweltbedingungen liegt metallisches Yttrium typischerweise in Formen wie Y₂O₃, YCl₃, YH₃, Y(OH)₃ und intermetallischen Verbindungen vor.

Unter den Seltenerdelementen zeichnet sich Yttrium durch sein breites Anwendungsspektrum aus. Es kann in Leuchtdioden (LEDs) und medizinischen Lasergeräten, als Beschichtungsmaterial für Komponenten von Halbleiterfertigungsgeräten und in Verteidigungsanwendungen als Material zur Verbesserung der Hitzebeständigkeit von Flugzeugtriebwerken verwendet werden.

Yttrium wird hauptsächlich in China, Indien, den Vereinigten Staaten, Brasilien und Australien vertrieben. China verfügt über etwa 220.000 Tonnen industrielle Yttriumoxidreserven, was etwa 43 % der weltweiten Gesamtreserven ausmacht – der größte Anteil weltweit. Innerhalb Chinas steht die Provinz Jiangxi aufgrund ihrer Seltenerdvorkommen mit hoher Yttriumionenadsorption an erster Stelle bei den Yttriumoxidreserven.

Derzeit wird Seltenerd-Yttrium am häufigsten in Kristallmaterialien verwendet, darunter Yttrium-Aluminium-Granat (Y₃Al₅O₁₂, YAG), Yttriumorthovanadat-Einkristalle (YVO₄) und Yttriumsilikat-Kristalle (YSiO). Unter diesen hat sich YAG – ein synthetischer farbloser transparenter Kristall mit hoher Härte, hohem Schmelzpunkt und stabilen physikalischen und chemischen Eigenschaften – zu einem der am häufigsten verwendeten Laserkristallmaterialien entwickelt. Forscher dotieren YAG typischerweise mit Seltenerdelementen wie Nd, Yb und Ce, um Produkte wie Neodym-dotiertes YAG und Cer-dotiertes YAG zu erhalten, wodurch ihr Anwendungsbereich erweitert wird.

Über Laserkristallmaterialien hinaus wird Seltenerd-Yttrium weiterhin hauptsächlich in lumineszierenden Materialien, insbesondere Leuchtstoffen, eingesetzt. Yttriumbasierte Leuchtstoffe weisen ein starkes Lichtabsorptionsvermögen und eine hohe Umwandlungseffizienz auf und eignen sich daher für Computermonitore, Flachbildschirme, Dreiband-Leuchtstofflampen, LEDs und Röntgenverstärkerbildschirme. Zu den aktuellen Mainstream-Produkten gehören dreifarbige Leuchtstoffe für die Beleuchtung, langlebige Leuchtstoffe und Leuchtstoffe für Informationsanzeigen.

Der hohe Schmelzpunkt und die thermische Stabilität von Y₂O₃ ermöglichen eine hervorragende Schutzleistung in Plasmaätzumgebungen über längere Zeiträume, was es zu einem der am häufigsten verwendeten Materialien für den Plasmaätzschutz macht. Der größte Vorteil von Y₂O₃ ist seine langsame Reaktionsgeschwindigkeit in fluorbasierten Plasmen, die dazu beiträgt, die Stabilität der Beschichtungsoberfläche aufrechtzuerhalten – eine Eigenschaft, die es besonders vielversprechend für den Einsatz in 8-Zoll- und größeren Ätzgeräten macht. Darüber hinaus ist Yttriumoxid ein im sichtbaren Lichtbereich transparentes Keramikmaterial mit hoher Lichtdurchlässigkeit, wodurch es sich für den Einsatz als Fensterglas in Plasmaätzgeräten eignet.

YAG bietet nicht nur eine gute chemische Stabilität und optische Leistung, sondern bietet im Vergleich zu Y₂O₃ auch eine höhere mechanische Festigkeit und eine einfachere Verarbeitbarkeit. Obwohl die Plasmaätzbeständigkeit von YAG etwas geringer ist als die von Y₂O₃, kann es als Beobachtungsfenstermaterial für Ätzkammerausrüstung verwendet werden.

YF₃ kann beim F-basierten Plasmaätzen als Schutzschicht dienen, wodurch eine weitere Fluoridierung des Materials unterdrückt wird, und gilt als potenzielle Alternative zu Y₂O₃. Wenn keine Vorspannung angelegt wird, dominieren chemische Reaktionen zwischen dem Beschichtungsmaterial und dem Fluorkohlenstoffplasma, was zur Bildung feiner Fluoridpartikel auf der Y₂O₃-Beschichtungsoberfläche führt. Im Gegensatz dazu bewahren YF₃-Beschichtungen die Integrität und Sauberkeit der Oberfläche.

YOF weist eine hohe thermische und chemische Stabilität auf und bleibt auch bei hohen Temperaturen und stark sauren/alkalischen Umgebungen beständig gegen Zersetzung. Es gilt als vielversprechendes plasmabeständiges Beschichtungsmaterial. Darüber hinaus entspricht der Wärmeausdehnungskoeffizient von YOF nahezu dem von Aluminium. Durch thermisches Spritzen hergestellte YOF-Beschichtungen sind nahezu rissfrei und bilden hochkristalline, dichte Strukturen.

Yttriumoxid wird häufig in biomedizinischen Anwendungen eingesetzt. Beispielsweise haben sich Yttriumoxid-Nanopartikel aufgrund ihrer hervorragenden physikalischen und chemischen Eigenschaften als wirksame Schutzmaterialien erwiesen und werden häufig in antibakteriellen und Krebsbehandlungen, Leberschutz, Arzneimittelverabreichung, Biosensoren, Bioimaging, Fluoreszenzbildgebung und anderen medizinischen Bereichen eingesetzt.

Darüber hinaus können ⁹⁰Y-Mikrokügelchen mit dem Blutfluss zu Lebertumoren wandern und diese durch die Emission von β-Strahlen effizient zerstören. Mit hoher Strahlungsenergie und präzisen Behandlungsmöglichkeiten ermöglichen sie präzise Angriffe auf Tumore von innen heraus.

Die Luft- und Raumfahrtindustrie benötigt leistungsstarke Leichtbaumaterialien. Siliziumkarbid, kohlenstofffaserverstärkter Kohlenstoff und Siliziumkarbid-Verbundwerkstoffe erfüllen diese Anforderungen, unterliegen jedoch unter Hochtemperatur-Betriebsbedingungen einer Oxidation. Eine Lösung besteht darin, keramische Schutzschichten auf das Substrat aufzubringen. Forscher verwendeten reaktives Hochfrequenz-Magnetronsputtern, um Al₂O₃-Y₂O₃-Beschichtungen auf Al-Y-beschichteten Oberflächen abzuscheiden, und untersuchten das Oxidationsverhalten von Al₂O₃-Y₂O₃/Al-Y-Verbundbeschichtungen bei verschiedenen Temperaturen und Dauern. Die Ergebnisse zeigten, dass diese Beschichtungen eine hervorragende Temperaturwechselbeständigkeit aufweisen.

In den letzten Jahren wurde Yttrium der seltenen Erden häufig als Zusatzstoff in Stahl und Nichteisenlegierungen im metallurgischen Bereich verwendet. Spurenmengen von Yttrium können den Gehalt, die Größe und die Morphologie der Einschlüsse wirksam verändern. Die resultierenden Seltenerdphasen verfeinern die Kornstruktur, unterdrücken Elementsegregation, verbessern die Gleichmäßigkeit der Mikrostruktur und erhöhen die Dichte von Legierungsoxidfilmen. Diese Effekte verbessern deutlich verschiedene physikalische und chemische Eigenschaften verschiedener Legierungen, einschließlich mechanischer Eigenschaften, magnetischer Eigenschaften, Korrosionsbeständigkeit und elektrischer Leitfähigkeit, und erfüllen so die Leistungsanforderungen für neue Materialien in der Luft- und Raumfahrt, Verteidigung und anderen Bereichen.

Supraleiter auf der Basis von Seltenerd-Yttrium haben sich nach und nach zu einem wichtigen Bestandteil von Hochtemperatur-Supraleitern entwickelt und erregen große Aufmerksamkeit in der Forschung. Nach Jahren der Entwicklung hat sich YBCO zu einem zentralen supraleitenden Material entwickelt, obwohl seine Herstellungstechnologie noch relativ unausgereift ist und für die Kommerzialisierung weitere Verbesserungen der Prozessstabilität und Leistung erforderlich sind. Seltenerd-Superhydride weisen unter hohem Druck eine Supraleitung nahe Raumtemperatur auf und läuten eine neue Ära der Hochdruck-Supraleitungsforschung ein. Yttrium-Superhydride haben mit ihren reichhaltigen Stöchiometrien und hervorragenden supraleitenden Eigenschaften großes Interesse in der supraleitenden Forschungsgemeinschaft geweckt.

In Festoxid-Brennstoffzellen wird Yttrium üblicherweise in porösen Anodenmaterialien wie Ni-(Zr,Y)O₂-X verwendet, wodurch Leistungsumwandlungswirkungsgrade von über 60 % erreicht werden.

Y₂O₃-Nanopulver kann in mehrschichtigen Keramikkondensatoren verwendet werden. Y₂O₃-dotierte Dielektrika auf BaTiO₃-Basis eignen sich für mehrschichtige Keramikkondensatoren mit Nickelelektroden und Dicken unter 2 μm.

Mit Y₂O₃-Nanopartikeln dotierte ternäre feste Lösungen von CeO₂-ZrO₂ zeigen eine hervorragende Leistung als Sauerstoffspeicherkatalysatoren in der Abgaskatalyse (z. B. Dreiwegekatalysatoren).

• Zhang Chi et al. Entwicklung und Anwendungen von Seltenerd-Yttrium, School of Materials Science and Engineering, Shenyang University of Technology, Materials Reports
• Wen Yaoru. Herstellung und Charakterisierung von Seltenerd-Yttriumsolen und -oxidpulvern, Jiangxi University of Science and Technology, Masterarbeit
• Liu Zhili. Kontrollierbare Herstellung und Charakterisierung von Yttriumoxid-Nanopulvern, Shanghai Polytechnic University, Masterarbeit
• China Powder Network (herausgegeben von Ping An)