锆基稀土陶瓷,也称稀土锆基陶瓷材料,是以氧化锆(ZrO2)为基体,加入稀土材料加工制成的新型高性能陶瓷材料。
氧化锆陶瓷具有高硬度、高熔点、高化学稳定性等优点,可以应用在电子、传感、新能源、医疗、特种刀具等领域。但氧化锆陶瓷晶型转化时体积变化大,存在脆性大、抗热震性不足等问题。添加稀土元素,可以明显改善氧化锆陶瓷的微观结构,进而提升其强度、硬度、韧性、耐高温性、耐腐蚀性等性能。
锆基稀土陶瓷添加的稀土材料主要包括氧化钇(Y2O3)、氧化钪(Sc2O3)、氧化铈(CeO2)等。稀土元素进入氧化锆晶格内,对晶型起到稳定作用,可以抑制晶型转化时的体积变化,使其热稳定性、物理性能得到明显提升。其中,氧化钇稳定氧化锆(YSZ)综合性能优良,现阶段应用比例高;氧化钪稳定氧化锆(ScSZ)氧离子电导率高、高温化学稳定性优异,但制备难度较大。
在新能源领域,凭借优良的氧离子传导性、机械性能,锆基稀土陶瓷可以应用在固体氧化物燃料电池(SOFC)固体电解质制备方面。SOFC可以将燃料化学能直接转化为电能,具有能量密度高的优点,是第三代燃料电池,在调整能源结构、应对环境问题方面能够发挥重要作用。固体电解质是SOFC的重要组成部分,需要具备良好的兼容性、高温稳定性、抗氧化还原性等性能,锆基稀土陶瓷最受关注。
新思界
行业分析人士表示,2024年8月,我国工信部发布国家重点研发计划“稀土新材料”重点专项2024年度项目申报指南,提出针对燃料电池需求,开发高性能锆基稀土电解质陶瓷材料、耐氢稀土永磁材料绿色短流程制备关键技术与装备。
2025年2月,由中国稀土集团牵头承担的国家重点研发计划“稀土新材料”重点专项“锆基稀土陶瓷和耐氢稀土永磁材料关键制备技术”项目启动会暨实施方案论证会召开。由此可以看出,我国政府及企业对燃料电池用锆基稀土陶瓷技术发展极为重视,行业发展潜力巨大。