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【战略金属知识】稀有金属铟锗镓铋硒碲运用领域

文章出处: 人气: 发表时间:2025-09-30 10:35:26

      铟,是一种金属元素,元素符号为In,原子序数为49,位于元素周期表第五周期IIIA族。其单质是一种银白色并略带淡蓝色的金属, 质地非常软,能用指甲刻痕。可塑性强,有延展性,可压成片。金属铟主要用于制造低熔合金、轴承合金、半导体、电光源等的原料。

  • 铟产品应用简介

  •       铟的某些化合物,如氧化物、硫化物和磷酸盐,多用于制造黄色和橙黄色玻璃,以及特种光学玻璃。含有铋或镉的铟硼酸盐玻璃,能够吸收中等强度的X光,还可以吸收比热中子能量更高的中子。

  •       铟的卤化物,其中如碘化铟,常用作金属卤化物灯中的添加剂,旨在增强照明的输出功率和改善光谱的质量。

  •       铟锭:梯形,表面光洁,呈白色具有金属光泽,主要供制造多种合金、特殊焊、涂层、电子及生产高纯铟等部门使用。

  •       三氧化二铟:淡黄色,用于荧光屏,玻璃,陶瓷,化学试剂等。

  •       氢氧化铟:用于电池,玻璃,陶瓷化学试剂等。

  •       高纯三甲基铟:白色结晶性晶体,主要用作GAEHI 工艺外延生长含铟化合物,半导体光电功能材料的原料。

  •       高纯氯化铟:无色或白色粉末,主要用于制荧光粉、Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体、低压纳灯、锰干电池无汞负极、( 锌)防腐添加剂、ITO透明电池等。

  •       铟是锗晶体管中的掺杂元素,在PNP锗晶体管生产中使用铟的数量最大。

  •       每年铟在新用途方面的用量还以10%-20%的速度增加。

  •       因为其较软的性质在某些需填充金属的行业上也用于压缝。如:较高温度下的真空缝隙填充材料。

      铟称得上“合金的维生素”,铟合金可用作钎焊料,铟是无铅焊料新的重要添加元素,世界无铅焊料的发展趋势有利于铟钎焊料的应用。利用铟合金熔点低的特点还可制成特殊合金,用于消防系统的断路保护装置及自动控制系统的热控装置;添加少量铟制造的轴承合金是一般轴承合金使用寿命的4-5倍;铟合金还可用于牙科医疗、钢铁和有色金属的防腐装饰件、塑料金属化等方面。

      由于铟具有较强的抗腐蚀性及对光的反射能力,可制成军舰或客轮上的反射镜。铟对中子辐射敏感,可用作原子能工业的监控剂量材料,目前用在原子能工业的铟,大约与电子工业上的用量相近。

      铟可在蓄电池中作添加剂,在无汞碱性电池中作为缓蚀剂,可使电池成为绿色环保产品。铟在防止雾化层方面的用量不断增加,铟涂层最初是在汽车制造业中采用,有可能普及到工业及高档民用建筑业中去。日本索尼公司发明了以铟代替钪的新阴极,这样每根电子枪的成本就降到了掺钪电子枪的十分之一左右。因此,在电视机大功率输出、长寿命方面,铟的应用发展前景引人注目。

      在光电子领域,铟及其化合物半导体具有广泛的用途。在铟基III-V族化合物半导体如锑化铟(InSb)、磷化铟(InP)、砷化铟(InAs)等中,研究和应用最早的是锑化铟(InSb),而最受重视并具有潜在应用前景的是磷化铟(InP),它在微波通讯向毫米波通讯方面,作为光纤通讯的激光光源和异质结太阳能电池材料方面,都有突破性进展,展现了铟应用的可喜前景。锑化铟和砷化铟在红外探测和光磁器件方面也有重要用途。在太阳能电池中,含铟化合物薄膜材料正异军突起,以其高转换率、低成本、便于携带等优势受到瞩目。铜铟硒(CIS)等I-II-VI三元化合物薄膜半导体材料,由于有价格低廉、性能良好和工艺简单的优点,将成为今后大力发展太阳电池工业的一个重要方向,促使铟在该领域的应用不断增大。以信息技术为中心的新产业已经兴起,铟锡氧化物(ITO)是各类平板显示器不可缺少的关键材料,目前全世界的铟有75%左右消耗在这方面,未来仍然大有作为。不仅如此,随着铟的提取、加工技术不断进步,生产成本的降低,铟的应用还在继续拓展。


锗的应用领域

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      高纯度的锗是半导体材料。从高纯度的氧化锗还原,再经熔炼可提取而得。掺有微量特定杂质的锗单晶,可用于制各种晶体管、整流器及其他器件。锗的化合物用于制造荧光板及各种高折光率的玻璃。


      锗单晶可作晶体管,是第一代晶体管材料。锗材用于辐射探测器及热电材料。高纯锗单晶具有高的折射系数,对红外线透明,不透过可见光和紫外线,可作专透红外光的锗窗、棱镜或透镜。锗和铌的化合物是超导材料。二氧化锗是聚合反应的催化剂,含二氧化锗的玻璃有较高的折射率和色散性能,可作广角照相机和显微镜镜头,三氯化锗还是新型光纤材料添加剂。


镓的应用领域

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      一、电子工业:制作半导体材料砷化镓、磷化镓、磷砷化镓、磷化铝镓、砷铝化镓等,用于发光二级管、电视和电脑的显示器件。用砷化镓单晶制作的二级管能发出强烈的红光,用磷化镓单晶制作的二级管能发出绿光并能显示多种光彩。钒镓化合物镓化钒为超导材料,其临界温度为13.30K。砷化镓正在被大量用于手机核心电路、计算机芯片、光电传输等方面。其产业发展迅速,投资前景亮丽。


      二、低熔点合金:镓与不同的元素组合,可得到不同的低熔点合金材料,各种低熔点合金多用于自动化、电子工业及信号系统、过真空的密封(“液封”),涂润金属改善性能和自动防火装置等方面。


      三、冷焊剂:镓可用作金属与陶瓷间的冷焊剂,适于对温度导热等敏感的薄壁合金。使用时,只需将液态镓与焊接材料的金属粉末混合,然后将它涂在金属与陶瓷欲焊接处,凝固后即焊接成功。


      四、催化剂:镓的卤化物有较高的活性,可用于聚合和脱水等工艺中。如在生产乙基苯、丙基苯和酮用氯化镓作催化剂时,其催化反应速度和持续反应的能力,均比氯化铝好。氧化镓是乙醇或丁烯脱氢合成双氧水的催化剂。高温下氧化镓是一氧化氮离解的催化剂等。


      五、医学:镓的合金可用作牙科医疗器件和医用材料,Ga72使用于诊断,镓黄对蛋白质起凝集作用可用于治疗骨癌。


      六、高温温度计:镓的沸点很高为2430℃,熔点很低为29.78℃。这一性质决定了用镓来测定29.78℃~2430℃的温度最为合适,把镓充入耐高温的石英细管中制成高温温度计,可广泛用于工业领域。


      七、氮化镓:利用氮化镓宽禁带半导体耐高温的特性,研制出的可以在300~600K范围工作的器件,可用于航空、航天、石油化工、地质勘探等部门。氮化镓基材料内外量子效率高,具备高发光率、高热导率、抗辐射、耐酸碱、高强度和高硬度等特性,可制成高效蓝、绿、紫、白色发光二级管,以氮化镓为第三代的半导体材料是目前世界上最先进的半导体材料,是新兴半导体光电产业的核心材料和基础器件。


      八、砷化镓太阳能电池:砷化镓太阳能电池最高转换率达18%,其电池小组合经SJ-4卫星搭载试验考核,证明电池性能稳定,组合工艺可行。


硒的应用领域

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      一、玻璃工业:硒既可用于玻璃去色,也可用于制造有色玻璃。


      二、化学制品:在有机化合物的氧化、氢化、卤化等过程中,硒与硒化合物可作为催化剂或氧化剂使用在橡胶工业,硒作为硫化剂可提高橡胶的强度与弹性硒酸及硒酸盐具有杀菌与抑菌功效。


      三、颜料:从黄色到深褐色的几乎所有颜料都可通过硫代硒化锡与硫的调和来实现,这类颜料的特点是抗热、抗化学反应能力强,常用在400℃~500℃条件下工作的塑料上色。锌、铬和硒基颜料还用于重大工程的金属防护。


      四、复印设备:各种硒基材料仍然广泛应用于许多复印设备,但一些有机光结构仪器开始越来越多的开始替代使用硒基材料的复印设备。


      五、太阳电池(CIGS)、电子仪器与光电仪器:光电仪器(涉及红外线到紫外线光谱的激光器、光二极管、光接收器等)广泛采用含硒半导体部件A2B6和A4B6等。目前由聚酞胺基Cu(InGa)Se2化合物制造的太阳能电池深受市场欢迎,其效率达到10%~19%。


      六、冶金:铁基或铜基合金中添加少量硒(≤1%)能提高合金的强度和可塑性。微量硒加入铅中用于制造电池格栅。镁锰合金中加人0.3%~0.5%硒可提高抗蚀性。


      七、化工:这方面主要用途是电解锰的催化剂。电解锰生产是硒在中国的最大应用领域,锰电解过程中向电解槽内添加SeO2可以提高电流效率。


      八、医学:硒是人与动物体内必需的微量元素现已证实,生活在土壤与水含硒低地区的居民易患心血管疾病,癌症发病率高。硒化合物如亚硒酸钠和硒酸钠同样具有预防与治疗疾病的效用,也可添加到动物饲料中。在东欧、美国、中国等国家通过了鼓励牧场使用硒剂添加物草案。全球每年添加到食品、兽用制品、无机肥料中的硒占硒产量的5%以上。


铋的应用领域

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      铋作为可安全使用的“绿色金属”,除用于医药行业外,也广泛应用于半导体、超导体、阻燃剂、颜料、化妆品、化学试剂、电子陶瓷等领域,大有取代铅、锑、镉汞等有毒元素的趋势。铋的主要用途是以金属形态用于配制易熔合金,以化合物形态用于医药。前者熔点范围为47-262℃,最常用的是铋同铅、锡、锑、铟等金属组成的二元、三元、四元、五元合金。改变这些金属在合金中所占的百分比,就可获得一系列不同熔点和不同物理性质的合金,这些合金用于消防装置,做自动喷水器的热敏元件,锅炉和压缩空气缸的安全塞,焊料等。 

      铋合金具有在冷凝时不收缩的特性,用于铸造印刷铅字和高精度的铸型。铋及其合金常作为铸铁、钢和铝合金的添加剂,以改善合金的切削性能。含锑11%的铋合金用于制造红外线检测计。铋锡和铋镉合金用于制造硒整流器的辅助电极。利用铋在磁场作用下电阻率急剧减小的特性制作磁力测定仪。铋锰合金可用作永磁材料。铋的热中子吸收截面很小并且熔点低、沸点高,可用作核反应堆的传热介质。碲化铋广泛用于制造温差元件用于太阳能电池,铋银铯合金可用于制造光电放大器,硫化银铋用于制造半导体仪器,铋镉温差元件用于报警装置。 碲的应用领域:


碲的用途主要有以下方面

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1)在冶金工业中,加入少量碲,可以改善低碳钢、不锈钢和铜的切削加工性能(见易切削钢)。

2)在白口铸铁中,碲用作碳化物稳定剂,使表面坚固耐磨。

3)在铅中添加碲,可提高材料的抗蚀性能,用作海底电缆的护套;也能增加铅的硬度,用来制作电池极板和印刷铅字。

4)碲可用作石油裂解催化剂的添加剂以及制取乙二醇的催化剂。

5)氧化碲用作玻璃的着色剂。

6)高纯碲可作温差电材料的合金组分。

7)碲化铋为良好的制冷材料。

8)碲和若干碲化物是半导体材料。

9)超纯碲单晶是新型的红外材料。


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