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固态电迁移提纯金属镨的研究，硕士学位论文，共69页。
摘 要
本文以轻稀土金属Pr为研究对象,考察了杂质在金属Pr中的赋存状态以及固态电迁移法提纯金属Pr的效果,并选择两种不同条件探索其对固态电迁移提纯金属Pr的影响,包括温度、处理时间等,得到如下结论:
金属镨呈双密排六方晶型时,晶胞间隙半径较大,晶胞中四面体及八面体间隙的rb(间隙半径)/ra(金属原子半径)分别为0.225和0.414,此时0、N、H均能进入到晶胞间隙内;当镨晶型转变为体心立方结构时,晶胞间隙半径表小,其中两种间隙半径比分别为0.291和0.154,此时只有H可以进入到晶胞间隙中。试验证实,位于晶胞间隙中的杂质较晶界处更难发生迁移,这种结构转变对电迁移过程中间隙杂质的迁移行为影响较大。
金属镨中金属杂质主要在晶界处偏析富集,杂质相在其中的赋存状态受到杂质的类型及含量影响。金属镨经切削破碎分级后,粒径越小,镨颗粒质量越少,部分杂质相对含量越高;Fe、Cu等杂质在不同粒径下的分布规律为随着粒级的减小出现杂质含量富集度升高的趋势,而Al、Si、Ni等金属杂质的相对含量并不随之改变,通过金相及EDS分析,判断前者位于晶界处,后者位于金属镨晶粒中。
采用固态电迁移法研究金属镨中主要杂质0、C、Fe、Cu、Al在电迁移过程中的行为,结果表明:0、C、Fe沿料棒向阳极迁移,Cu、Al向阴极迁移,因此,为获得更高纯度金属镨,在制备电迁移过程中使用的金属镨样品时,应尽量选用Cu、Al含量较低的原材料,同时避免制备过程引入Cu、Al的污染。
镨的晶型转变对主要杂质0、C的迁移速率有很大影响,当电迁移温度超过晶型转变点795°C,镨由dhcp结构转变为bcc结构后,0、C在镨中的残余率迅速下降,温度越高,0、C残余率越低。
采用固态电迁移提纯金属镨时,Fe、Al、0、C在电迁移处理100h内B区域的残余率降幅较快,超过150h其降幅即趋于平稳。同时,时间延长将促进Cu在BE域的富集,因此,通过电迁移法提纯金属镨时,选用100h作为一个迁移周期最佳。
本研究采用钙热还原制得的镨,经真空蒸馏提纯后作为原料,采用电迁移处理278h,分析了 78个杂质元素,料棒阴极端B区域的金属镨纯度达到99.9929%。
关键词:金属镨;稀土;高纯金属;固态电迁移;提纯

I 言
国家综合实力的发展离不开工业、农业、通讯、交通、国防实力的增强和技术的更新。实现这些技术的发展离不开新材料的开发支持,那么对作为新材料”宝库”的稀土的开发利用便必不可少。稀土元素是一组独特的元素,深受国内外专家的青睐,尤其在材料制备及新材料开发领域应用较多,美国及日本等国家已将其列为高技术产业发展的关键元素。近年来,稀土元素在国内的开发利用也呈现不断火热的态势。有人提出[1],稀土元素的不断开发与利用,将会引起新的技术创新热潮。
稀土金属独特的电子层结构使其具有优异的光、磁、电、机械等性能,可用于制备多种高新技术材料,并且具有不可代替的作用,而提高稀土金属的纯度成为改善材料性能的必不可少的关键之一。同时,超高纯稀土金属的提纯技术主要掌握在美、俄、英、日等少数发达国家手中,产品、技术、装备均对我国限制出口,很大程度上制约了我国高新材料领域的发展。
国内外高纯稀土的研究都开始于上世纪60年代初,但相对于国外对所有稀土均有稀土均有研究、多种方法联合提纯来比较,国内研究对象局限、研究方法单一,高纯金属纯度远远落后于国外的同期水平。国外主要的科研单位以美国爱荷华州立大学的Ames实验室与英国伯明翰大学为代表,通过区域熔炼及电迁移等方法制得纯度为99.9at.%以上大部分稀土金属,日本中部大学在这方面也有相关研究。我国的研究方法多集中在真空蒸馈提纯,这种方法只能用于提纯蒸气压较高的金属,对于蒸气压比较低的金属效果不好。为达到稀土全元素高纯化目的,“十二五“期间,以北京有色金属研究总院为代表的相关单位开展了 4N级超高纯金属制备技术及装备 发的研究,涉及到电解精炼、固态电迁移、区溶等多种提纯技术,目前已取得了一些突破性的进展。
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