Почему эта редкая земля не может быть заменена

Согласно недавним данным британской исследовательской компании Argus Media, цена на редкоземельный иттрий на европейском рынке выросла примерно с 6 перкилограммов в начале 2025 года до 6 перкилограммов в начале 2025 года и до 850 за килограмм 26 февраля 2026 года — это самый высокий уровень с тех пор, как сопоставимые данные стали доступны в 2012 году.

Японская компания, использующая сырье на основе иттрия, отметила: «Заменить этот материал альтернативами очень сложно, и явного сокращения объемов закупок пока не произошло». Другие данные показывают, что примерно 65% иттрийсодержащих материалов или продуктов из оксида иттрия, импортируемых в США, происходят из Японии.

Металлический иттрий — химически активный серебристо-белый металл, получаемый в основном путем восстановления фторида иттрия металлическим кальцием. Он имеет тенденцию окисляться на воздухе, теряя металлический блеск. В условиях окружающей среды металлический иттрий обычно существует в таких формах, как Y₂O₃, YCl₃, YH₃, Y(OH)₃ и интерметаллических соединениях.

Среди редкоземельных элементов иттрий выделяется широким спектром применения. Его можно использовать в светоизлучающих диодах (СИД) и медицинском лазерном оборудовании, в качестве материала покрытия для компонентов оборудования для производства полупроводников, а также в оборонной промышленности в качестве материала, повышающего термостойкость авиационных двигателей.

Иттрий в основном распространен в Китае, Индии, США, Бразилии и Австралии. Китай владеет примерно 220 000 тонн промышленных запасов оксида иттрия, что составляет около 43% мировых запасов — самая большая доля в мире. В Китае провинция Цзянси занимает первое место по запасам оксида иттрия благодаря своим месторождениям редкоземельных элементов с высокой адсорбцией ионов иттрия.

В настоящее время редкоземельный иттрий наиболее широко используется в кристаллических материалах, включая иттрий-алюминиевый гранат (Y₃Al₅O₁₂, YAG), монокристаллы ортованадата иттрия (YVO₄) и кристаллы силиката иттрия (YSiO). Среди них YAG — синтетический бесцветный прозрачный кристалл с высокой твердостью, высокой температурой плавления и стабильными физическими и химическими свойствами — стал одним из наиболее широко используемых лазерных кристаллических материалов. Исследователи обычно легируют YAG редкоземельными элементами, такими как Nd, Yb и Ce, для получения таких продуктов, как YAG, легированный неодимом, и YAG, легированный церием, тем самым расширяя диапазон их применения.

Помимо материалов для лазерных кристаллов, основное применение редкоземельного иттрия остается в люминесцентных материалах, особенно в люминофорах. Люминофоры на основе иттрия обладают высокой светопоглощающей способностью и высокой эффективностью преобразования, что делает их пригодными для компьютерных мониторов, плоских дисплеев, трехполосных люминесцентных ламп, светодиодов и экранов с усилением рентгеновского излучения. Текущая основная продукция включает трехцветные люминофоры для освещения, люминофоры с длительным послесвечением и люминофоры для информационных дисплеев.

Высокая температура плавления и термическая стабильность Y₂O₃ позволяют ему сохранять отличные защитные характеристики в средах плазменного травления в течение длительного времени, что делает его одним из наиболее широко используемых материалов для защиты от плазменного травления. Самым большим преимуществом Y₂O₃ является его медленная скорость реакции в плазме на основе фтора, что помогает поддерживать стабильность поверхности покрытия — свойство, которое делает его особенно перспективным для использования в 8-дюймовом и большем оборудовании для травления. Кроме того, оксид иттрия представляет собой прозрачный керамический материал в видимом диапазоне света с высоким коэффициентом пропускания света, что делает его пригодным для использования в качестве оконного стекла в оборудовании для плазменного травления.

YAG не только обеспечивает хорошую химическую стабильность и оптические характеристики, но также обеспечивает более высокую механическую прочность и более легкую технологичность по сравнению с Y₂O₃. Хотя стойкость YAG к плазменному травлению немного ниже, чем у Y₂O₃, его можно использовать в качестве материала смотрового окна для оборудования камеры травления.

YF₃ может служить защитным слоем во время плазменного травления на основе F, подавляя дальнейшее фторирование материала, и считается потенциальной альтернативой Y₂O₃. При отсутствии напряжения смещения преобладают химические реакции между материалом покрытия и фторуглеродной плазмой, что приводит к образованию мелких частиц фторида на поверхности покрытия Y₂O₃. Напротив, покрытия YF₃ сохраняют целостность и чистоту поверхности.

YOF демонстрирует высокую термическую и химическую стабильность, оставаясь устойчивым к разложению даже при высоких температурах и сильных кислотных/щелочных средах. Он считается весьма перспективным материалом для плазменно-стойких покрытий. Более того, коэффициент теплового расширения YOF близко соответствует коэффициенту теплового расширения алюминия. Покрытия YOF, полученные методом термического напыления, практически не имеют трещин и образуют высококристаллические плотные структуры.

Оксид иттрия широко используется в биомедицинских целях. Например, наночастицы оксида иттрия благодаря своим превосходным физическим и химическим свойствам доказали свою эффективность в качестве защитных материалов и широко применяются в антибактериальных и противораковых методах лечения, защите печени, доставке лекарств, биосенсорах, биовизуализации, флуоресцентной визуализации и других областях медицины.

Кроме того, микросферы ⁹⁰Y могут перемещаться с током крови к опухолям печени, эффективно разрушая их посредством β-излучения. Благодаря высокой энергии излучения и возможностям точного лечения они позволяют наносить точные удары по опухолям изнутри.

Аэрокосмическая промышленность требует высокоэффективных легких материалов. Карбид кремния, углерод, армированный углеродным волокном, и композиты на основе карбида кремния отвечают этим требованиям, но подвергаются окислению в условиях высокотемпературной эксплуатации. Одним из решений является нанесение на подложку керамических защитных покрытий. Исследователи использовали радиочастотное магнетронное реактивное распыление для нанесения покрытий Al₂O₃-Y₂O₃ на поверхности с покрытием Al-Y и изучили окислительные характеристики композитных покрытий Al₂O₃-Y₂O₃/Al-Y при различных температурах и длительности. Результаты показали, что эти покрытия обладают превосходной стойкостью к термическому удару.

В последние годы редкоземельный иттрий широко используется в качестве добавки к стали и сплавам цветных металлов в металлургической области. Следовые количества иттрия могут эффективно изменять содержание, размер и морфологию включений. Полученные редкоземельные фазы улучшают структуру зерен, подавляют сегрегацию элементов, улучшают однородность микроструктуры и повышают плотность оксидных пленок сплава. Эти эффекты значительно улучшают различные физические и химические свойства различных сплавов, включая механические свойства, магнитные свойства, коррозионную стойкость и электропроводность, отвечая требованиям к характеристикам новых материалов в аэрокосмической, оборонной и других областях.

Сверхпроводники на основе редкоземельных элементов иттрия постепенно стали важным компонентом высокотемпературных сверхпроводников, привлекая широкое внимание исследователей. После многих лет разработки YBCO стал основным сверхпроводящим материалом, хотя технология его получения остается относительно незрелой, а для коммерциализации необходимы дальнейшие улучшения стабильности процесса и производительности. Супергидриды редкоземельных элементов демонстрируют сверхпроводимость при температуре, близкой к комнатной, под высоким давлением, открывая новую эру исследований сверхпроводимости при высоком давлении. Супергидриды иттрия с их богатой стехиометрией и превосходными сверхпроводящими свойствами вызвали значительный интерес в исследовательском сообществе сверхпроводников.

В твердооксидных топливных элементах иттрий обычно используется в пористых анодных материалах, таких как Ni-(Zr,Y)O₂-X, обеспечивая эффективность преобразования энергии, превышающую 60%.

Нанопорошок Y₂O₃ может быть использован в многослойных керамических конденсаторах. Диэлектрики на основе BaTiO₃, легированные Y₂O₃, подходят для многослойных керамических конденсаторов с никелевыми электродами толщиной менее 2 мкм.

Тройные твердые растворы CeO2-ZrO2, легированные наночастицами Y₂O₃, демонстрируют превосходные характеристики в качестве катализаторов хранения кислорода в катализе выхлопных газов (например, трехкомпонентные катализаторы).

• Чжан Чи и др. Разработка и применение редкоземельного иттрия, Школа материаловедения и инженерии, Шэньянский технологический университет, Отчеты о материалах
• Вэнь Яору. Получение и характеристика золей и оксидов редкоземельных элементов иттрия, Цзянсийский университет науки и технологий, магистерская диссертация
• Лю Чжили. Контролируемое получение и характеристика нанопорошков оксида иттрия, Шанхайский политехнический университет, магистерская диссертация
• Китайская сеть порошков (под редакцией Пин Ан)