Редкие и редкоземельные металлы > Скандий

Скандий

вернуться назад

Скандий моноизотопный элемент и на 100% состоит из атомов скандий-45.Порядка 80 кг скандия (в составе Sc₂O₃) в год используется для производства осветительных элементов высокой интенсивности. Иодид скандия добавляется в ртутно-газовые лампы, производящие очень правдоподобные источники искусственного света, близкого к солнечному, которые обеспечивают хорошую цветопередачу при съёмке на телекамеру.

ПРОИЗВОДСТВО ФЕРРИТОВ

Оксид скандия(т.пл 2450 С) имеет важнейшую роль в производстве супер-ЭВМ(ферриты с малой индукцией).

ИЗОТОПЫ СКАНДИЯ

Радиоактивный изотоп Sc-46(период полураспада 83,83 сут) используется в качестве "метки" в нефтеперерабатывающей промышленности, для контроля металлургических процессов, и лечения раковых опухолей.

СПЛАВЫ СКАНДИЯ

Главным по объёму применением скандия является его применение в алюминиево-скандиевых сплавах, применяемых в аэрокосмической промышленности, спортивной экипировке (мотоциклы, бейсбольные биты и т. п.) — везде, где требуется высокопрочные материалы. В сплаве с алюминием скандий обеспечивает дополнительную прочность и ковкость. Предел прочности на разрыв у чистого скандия около 400 Мпа(40 кг/мм), у титана например 250-350 Мпа, а у нелегированного иттрия 300 Мпа. Применение скандиевых сплавов в авиации и ракетостроении позволит значительно снизить стоимость перевозок и резко повысить надежность эксплуатируемых систем, в то же время при снижении цен на скандий и его применение для производства автомобильных двигателей так же значительно увеличит их ресурс и частично КПД. Очень важно и то обсоятельство что скандий упрочняет алюминиевые сплавы легированые гафнием. Важной и практически не изученой областью применения скандия является то обстоятельство что подобно легированию иттрием алюминия, легирование чистого алюминия скандием так же повышает электропроводность проводов и эффект резкого упрочнения имеет большие перспективы для применения такого сплава для транспортировки электроэнергии(ЛЭП). Сплавы скандия наиболее перспективные материалы в производстве управляемых снарядов. Ряд специальных сплавов скандия композитов на скандиевой связке весьма перспективен в области конструирования скелета киборгов. В последние годы важная роль скандия(и от части иттрия и лютеция) выявилась в произведстве некоторых по составу суперпрочных мартенситностареющих сталей,некоторые образцы которых показали почность свыше 700 кг/мм( свыше 7000 Мпа)!

ПРОИЗВОДСТВО СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ

Скандий используется для получения сверхтвёрдых материалов. Так, например, легирование карбида титана карбидом скандия весьма резко поднимает микротвёрдость (в 2 раза), что делает этот новый материал четвёртым по твёрдости после алмаза (около 98,7 - 120 Гпа), нитрида бора (боразона),(около 77-87 Гпа), сплава бор-углерод-кремний(около 68-77 Гпа), и существенно больше чем у карбида бора (43,2 - 52 Гпа), карбида кремния(37 Гпа), микротвёрдость сплава карбида скандия и карбида титана около 53,4 Гпа (у карбида титана например 29,5 Гпа). Особенно интересны сплавы скандия с бериллием, обладающие уникальными характеристиками по прочности и жаростойкости.

Так, например ,бериллид скандия (1 атом скандия и 13 атомов бериллия) обладает наивысшим благоприятным сочетанием плотности,прочности и высокой температуры плавления, и может явится лучшим материалом для строительства аэрокосмической техники, превосходя в этом отношении лучшие сплавы из известных человечеству, на основе титана, и ряд композиционных материалов(в том числе ряд материалов на основе нитей углерода и бора).

АТОМНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

В атомной промышленности с успехом применяется гидрид- и дейтерид скандия - прекрасный замедлитель нейтронов в нейтронных генераторах.

Диборид скандия (т. пл 2250°С) применяется в качестве компонента жаропрочных сплавов, а так же как материал катодов электронных приборов. В атомной промышленности находит применение бериллид скандия в качестве отражателя нейтронов, и в частности этот материал, равно как и бериллид иттрия предложен в качестве отражателя нейтронов в конструкции атомной бомбы.

ЦЕНЫ

Скандий смело можно назвать металлом XXI века и прогнозировать резкий рост его добычи, рост цен и спрос в связи с переработкой огромного количества каменных углей(особенно переработка каменных углей России), на жидкое топливо. К сожалению, очень высокие цены на скандий будут сохраняться довольно долго(последние пять лет цены на металлический скандий на мировом рынке колеблются от 12 до 20 тыс. долл за один кг (время от времени наблюдаются резкие скачки цен на скандий и его оксид, мало объяснимые с точки зрения специалистов, так например в 1991 году по данным Горного бюро США, оксид скандия оценивался в 3500 долл/кг(99,9%), 10000 долл/кг(99,999%),металлический порошок крупностью 250 мкм(дистиллят 99,9%) - 296000 долл/кг,куски дендритов(99,9%) - 248000 долл/кг), в зависимости от чистоты металла, а оксид скандия в среднем 3500 долл/кг). Их снижение (порядка уровня цен на чистый бериллий) произойдёт по мере насыщения промышленности и разработки технологий утилизации скандия уже в середине и во второй половине XXI столетия.

МЕДИЦИНА

Важную роль оксид скандия может сыграть в медицине (высококачественные зубные протезы).

ПРОИЗВОДСТВО СВЕРХМОЩНЫХ ЛАЗЕРОВ

Высокотемпературной сверхпроводимости, производстве лазерных материалов (ГСГГ). Галлий-скандий-гадолиниевый гранат при легировании его ионами хрома и неодима позволил получить 4,5 %КПД и рекордные параметры в частотном режиме генерации сверхкоротких импульсов, что даёт весьма оптимистичные предпосылки для создания сверхмощных лазерных систем для получения термоядерных микровзрывов уже на основе чистого дейтерия(инерциальный синтез) уже в самом ближайшем будущем.Так например ожидается что в ближайшие 10-13 лет лазерные материалы на основе ГСГГ и боратов скандия займут ведущую роль в разработке и оснащении лазерными системами активной обороны для самолётов и вертолётов в развитых странах, и параллельно с этим развитие крупной термоядерной энергетики с привлечением гелия-3(добываемого на Луне), в смесях с гелием-3 лазерный термоядерный микровзрыв уже получен.

ЛЕГИРОВАНИЕ

Применение скандия в виде микролегирующей примеси оказывает значительное влияние на ряд практически важных сплавов, так например прибавление 0,4 % скандия к сплавам алюминий-магний повышает временное сопротивление на 35 %, а предел текучести на 65-84 %, и при этом относительное удлинение остаётся на уровне 20-27 %. Добавка 0,3-0,67 % к хрому, повышает его устойчивость к окислению вплоть до температуры 1290 градусов, и аналогичное но ещё более ярко выраженное действие оказывает на жаростойкие сплавы типа "нихром" и в этой области применение скандия куда как эффективнее иттрия. Оксид скандия обладает рядом преимуществ для производства высокотемпературной керамики перед другими оксидами, так прочность оксида скандия при нагревании возрастает и достигает максимума при 1030 градусов, в то же время оксид скандия обладает минимальной теплопроводностью и высочайшей стойкостью к термоудару. Скандат иттрия это один из лучших материалов для конструкций работающих при высоких температурах. Определённое количество оксида скандия постоянно расходуется для производства германатных стёкол для оптоэлектроники.

Изотоп скандий-47(период полураспада 3,35 сут) один из лучших источников позитронов.

Скандий-галлиевая связка является одним из лучших металлических клеев и специальных покрытий.

ПРОИЗВОДСТВО СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ

Оксид скандия в сплаве с оксидом гольмия используется в производстве фотопреобразователей на основе кремния в качестве покрытия. Это покрытие имеет широкую область прозрачности (400-930 нм), и снижает спектральный коэффициент отражения света от кремния до 1-4 %, и при его применении у такого модифицированного фотоэлемента увеличивается ток короткого замыкания на 35-70 %, что в свою очередь позволяет увеличить выходную мощность фотопреобразователей в 1,4 раза.

МГД-ГЕНЕРАТОРЫ

Хромит скандия используется как один из лучших и наиболее долговечных материалов для изготовления электродов МГД-генераторов, к основной керамической массе добавляют предварительно окисленный хром и спекают, что придаёт материалу повышенную прочность и электропроводность.Наряду с диоксидом циркония как электродным материалом для МГД-генераторов, хромит скандия обладает более высокой стойкостью к эрозии соединениями цезия(используемого в качестве плазмообразующей добавки).

РЕНТГЕНОВСКИЕ ЗЕРКАЛА

Скандий широко применяется для производства многослойных рентгеновских зеркал(композиции: скандий-вольфрам, скандий-хром, скандий-молибден). Теллурид скандия очень перспективный материал для производства термоэлементов(высокая термо-э.д.с,255 мкВ/К и малая плотность и высокая прочность).

В последние годы значительный интерес для авиакосмической и атомной техники приобрели тугоплавкие сплавы(интерметаллические соединения) скандия с рением (т.пл до 2575°С), рутением(т.пл до 1840°С), железом(т.пл до 1600°С), (жаропрочность, умеренная плотность и др).

ПРОИЗВОДСТВО СПЕЦИАЛЬНЫХ ОГНЕУПОРОВ

Важную роль в качестве огнеупорного материала специального назначения оксид скандия(т.пл 2450 С) играет в производстве сталеразливочных стаканов для разливки высоколегированных сталей, по стойкости в потоке жидкого металла оксид скандия превосходит все известные и применяемые материалы(так например наиболее устойчивая окись иттрия уступает в 8,5 раза оксиду скандия) и в этой области можно сказать незаменим. Его широкому применению препятствует лишь весьма высокая цена, и в известной степени альтернативным решением в этой области является применение скандатов иттрия армированых нитевидными кристаллами оксида алюминия для увеличения прочности), а так же применение танталата скандия.

ПРОИЗВОДСТВО ФИАНИТОВ

Важную роль играет оксид скандия для производства фианитов*, где он является самым лучшим стабилизатором.

Некоторое количество скандия расходуется для легирования жаростойких сплавов никеля с хромом и железом(нихромы и фехрали) для резкого увеличения срока службы при использовании в качестве нагревательной обмотки для печей сопротивления.

ЛЮМИНОФОРЫ

Борат скандия, равно как и борат иттрия применяется в радиоэлектронной промышленности в качестве матрицы для люминофоров.

Источник: Википедия

вернуться назад