由于稀土元素具有4fx5d16s2 電子層結(jié)構(gòu)，電價(jià)高,、半徑大,、極化力強(qiáng),、化學(xué)性質(zhì)活潑及能水解等性質(zhì),，故其應(yīng)用十分廣泛,，尤其在特種陶瓷及功能材料方面具有廣闊的發(fā)展前景,。
Si3N4陶瓷
Si3N4 陶瓷硬度高,、強(qiáng)度大、熱膨脹系數(shù)小,，具有較高的抗蠕變性能及抗氧化,、抗腐蝕性能，是一種非常好的高溫結(jié)構(gòu)材料,。作為Si3N4 陶瓷,，由于Si－N鍵屬共價(jià)鍵，致使在無液相存在下燒結(jié)非常困難,，須加入添加劑,。較為理想的添加劑為稀土氧化物Y2O3、CeO2,、La2O3 ,，不僅可使Si3N4陶瓷在燒結(jié)時(shí)產(chǎn)生液相，促進(jìn)燒結(jié),，同時(shí)又可大大提高Si3N4陶瓷的高溫力學(xué)性能,。研究表明,，添加La2O3和Y2 O3的氮化硅陶瓷,，其抗彎強(qiáng)度在1370℃的高溫下保持不變,，達(dá)1000MPa以上。添加Al2O3和La2O3燒結(jié)助劑的Si3N4 陶瓷形成具有高耐火度和粘度的Y－Ls－Si－O－N玻璃晶界,，因此具有較高的高溫抗彎強(qiáng)度和較好的抗氧化性能,，并且在高溫條件下易析出較高熔點(diǎn)的結(jié)晶化合物，于是減少了材料非晶態(tài)玻璃相的含量,，提高了材料的高溫?cái)嗔秧g性,。
Al2O3陶瓷
Al2O3 陶瓷具有較高的硬度和機(jī)械強(qiáng)度，膨脹系數(shù)與金屬差不多,，同時(shí)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性,。對(duì)Al2O3陶瓷來講，為提高其高溫?zé)岱�(wěn)定性,，可添加稀土元素,。研究表明：之所以能提高Al2O3 陶瓷高溫?zé)岱�(wěn)定性，主要原因是形成了稀土鋁酸鹽,，如添加La2O3可形成起到穩(wěn)定作用的LaAl11O18,。
為降低Al2O3 陶瓷的燒成溫度，改進(jìn)產(chǎn)品性能,，在其加入不同數(shù)量的稀土外加劑,，可大大降低燒成溫度。
SiC陶瓷
SiC是共價(jià)鍵性極強(qiáng)的化合物,，在高溫狀態(tài)下仍能保持高的鍵合強(qiáng)度,，且熱膨脹系數(shù)小，耐腐蝕性優(yōu)良,，具有較高的熱傳導(dǎo)性,，故是高溫結(jié)構(gòu)材料最有希望的材料之一。
SiC中添加Al2O3和Y2O3為燒結(jié)助劑可大大降低SiC陶瓷的燒結(jié)溫度,，Al2O3和Y2O3 在燒結(jié)溫度下形成液相,，從而以液相燒結(jié)機(jī)理加速材料致密化。有研究用無壓燒結(jié)β制得含板狀晶料的液相燒結(jié)SiC陶瓷,，其斷裂韌性達(dá)7MPa·m1/2 ,，添加稀土氧化物可使其抗氧化性能得到明顯改善，且隨稀土加入量的增加,，氧化速度逐漸降低,，加入量為3％時(shí)效果最佳。
Y2O3 陶瓷
Y2O3陶瓷是一種高性能透明陶瓷,，它是以高純氧化釔為原料并添加8mol％～10mol％ThO2 在氫氣中于2000℃以上高溫?zé)赏该鞫嗑w,，也可在添加LiF和ThO2 后于1300～1500℃和35～50MPa壓力下真空熱壓燒結(jié)。由于其熔點(diǎn)大于2400℃,，介電常數(shù)為12～14,，透明性好,，即使在遠(yuǎn)紅外區(qū)仍有約80％的直線透過率，是優(yōu)良的高溫紅外材料和電子材料,。
AIN陶瓷
AIN陶瓷導(dǎo)熱性好,、耐高溫、耐腐蝕,，具有較好的電絕緣性能,，但因?qū)俟矁r(jià)鍵，故燒結(jié)困難,。在制備AIN陶瓷時(shí)加入稀土氧化物Y2O3,、La2O3 等作為添加劑，與AIN顆粒表面的Al2O3 反應(yīng),，生成低熔點(diǎn)液相,，使整個(gè)燒結(jié)在有液相參與下進(jìn)行，最終達(dá)到致密化,。這樣制得的AIN陶瓷可作熔煉純鐵,、鋁等的優(yōu)良坩鍋材料及其高溫結(jié)構(gòu)材料。
ZrO2陶瓷
ZrO2 陶瓷具有較高的熔點(diǎn),，是理想的高溫結(jié)構(gòu)材料,，但由于其在1100℃左右存在單斜與四方的晶型轉(zhuǎn)變，并伴有較大體積變化,，故在制造時(shí)須加入穩(wěn)定劑,，稀土氧化物CeO2和ThO2 為常用穩(wěn)定劑。就Y2O3來說,，由于Y3＋離子的大小與Z4＋離子接近,，可固溶形成穩(wěn)定的立方晶相，故稀土加入ZrO2后可使ZrO2 陶瓷的抗熱震性能得到較大提高,。
當(dāng)Y2O3含量<2mol％時(shí),，ZrO2以單斜相存在；當(dāng)Y2O3含量>8mol％時(shí),，ZrO2 以立方相存在,；而當(dāng)Y2O3含量在2mol％～8mol％時(shí)，ZrO2則以兩相或三相共存,。
當(dāng)Y2O3 含量在3mol％左右時(shí),，由陶瓷中ZrO2晶粒間的相互抑制，可通過控制適當(dāng)?shù)木Я３叽缰苽淙坑伤姆絑rO2 組成的氧化釔穩(wěn)定的四方氧化鋯,，它具有很高的斷裂韌性和抗彎強(qiáng)度,，在高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料中應(yīng)用廣泛。
氧化鋯不僅為優(yōu)良的結(jié)構(gòu)陶瓷材料，而且也具有優(yōu)良的高溫電導(dǎo)性能,，因而是一種用途很廣的固體電解質(zhì)材料,。高溫燃料電池一般也都采用Y2O3穩(wěn)定的ZrO2 為固體電解質(zhì)，其工作溫度可達(dá)800～1000℃,。
Si3N4陶瓷
Si3N4 陶瓷硬度高,、強(qiáng)度大、熱膨脹系數(shù)小,，具有較高的抗蠕變性能及抗氧化,、抗腐蝕性能，是一種非常好的高溫結(jié)構(gòu)材料,。作為Si3N4 陶瓷,，由于Si－N鍵屬共價(jià)鍵，致使在無液相存在下燒結(jié)非常困難,，須加入添加劑,。較為理想的添加劑為稀土氧化物Y2O3、CeO2,、La2O3 ,，不僅可使Si3N4陶瓷在燒結(jié)時(shí)產(chǎn)生液相，促進(jìn)燒結(jié),，同時(shí)又可大大提高Si3N4陶瓷的高溫力學(xué)性能,。研究表明,，添加La2O3和Y2 O3的氮化硅陶瓷,，其抗彎強(qiáng)度在1370℃的高溫下保持不變,，達(dá)1000MPa以上。添加Al2O3和La2O3燒結(jié)助劑的Si3N4 陶瓷形成具有高耐火度和粘度的Y－Ls－Si－O－N玻璃晶界,，因此具有較高的高溫抗彎強(qiáng)度和較好的抗氧化性能,，并且在高溫條件下易析出較高熔點(diǎn)的結(jié)晶化合物，于是減少了材料非晶態(tài)玻璃相的含量,，提高了材料的高溫?cái)嗔秧g性,。
Al2O3陶瓷
Al2O3 陶瓷具有較高的硬度和機(jī)械強(qiáng)度，膨脹系數(shù)與金屬差不多,，同時(shí)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性,。對(duì)Al2O3陶瓷來講，為提高其高溫?zé)岱�(wěn)定性,，可添加稀土元素,。研究表明：之所以能提高Al2O3 陶瓷高溫?zé)岱�(wěn)定性，主要原因是形成了稀土鋁酸鹽,，如添加La2O3可形成起到穩(wěn)定作用的LaAl11O18,。
為降低Al2O3 陶瓷的燒成溫度，改進(jìn)產(chǎn)品性能,，在其加入不同數(shù)量的稀土外加劑,，可大大降低燒成溫度。
SiC陶瓷
SiC是共價(jià)鍵性極強(qiáng)的化合物,，在高溫狀態(tài)下仍能保持高的鍵合強(qiáng)度,，且熱膨脹系數(shù)小，耐腐蝕性優(yōu)良,，具有較高的熱傳導(dǎo)性,，故是高溫結(jié)構(gòu)材料最有希望的材料之一。
SiC中添加Al2O3和Y2O3為燒結(jié)助劑可大大降低SiC陶瓷的燒結(jié)溫度,，Al2O3和Y2O3 在燒結(jié)溫度下形成液相,，從而以液相燒結(jié)機(jī)理加速材料致密化。有研究用無壓燒結(jié)β制得含板狀晶料的液相燒結(jié)SiC陶瓷,，其斷裂韌性達(dá)7MPa·m1/2 ,，添加稀土氧化物可使其抗氧化性能得到明顯改善，且隨稀土加入量的增加,，氧化速度逐漸降低,，加入量為3％時(shí)效果最佳。
Y2O3 陶瓷
Y2O3陶瓷是一種高性能透明陶瓷,，它是以高純氧化釔為原料并添加8mol％～10mol％ThO2 在氫氣中于2000℃以上高溫?zé)赏该鞫嗑w,，也可在添加LiF和ThO2 后于1300～1500℃和35～50MPa壓力下真空熱壓燒結(jié)。由于其熔點(diǎn)大于2400℃,，介電常數(shù)為12～14,，透明性好,，即使在遠(yuǎn)紅外區(qū)仍有約80％的直線透過率，是優(yōu)良的高溫紅外材料和電子材料,。
AIN陶瓷
AIN陶瓷導(dǎo)熱性好,、耐高溫、耐腐蝕,，具有較好的電絕緣性能,，但因?qū)俟矁r(jià)鍵，故燒結(jié)困難,。在制備AIN陶瓷時(shí)加入稀土氧化物Y2O3,、La2O3 等作為添加劑，與AIN顆粒表面的Al2O3 反應(yīng),，生成低熔點(diǎn)液相,，使整個(gè)燒結(jié)在有液相參與下進(jìn)行，最終達(dá)到致密化,。這樣制得的AIN陶瓷可作熔煉純鐵,、鋁等的優(yōu)良坩鍋材料及其高溫結(jié)構(gòu)材料。
ZrO2陶瓷
ZrO2 陶瓷具有較高的熔點(diǎn),，是理想的高溫結(jié)構(gòu)材料,，但由于其在1100℃左右存在單斜與四方的晶型轉(zhuǎn)變，并伴有較大體積變化,，故在制造時(shí)須加入穩(wěn)定劑,，稀土氧化物CeO2和ThO2 為常用穩(wěn)定劑。就Y2O3來說,，由于Y3＋離子的大小與Z4＋離子接近,，可固溶形成穩(wěn)定的立方晶相，故稀土加入ZrO2后可使ZrO2 陶瓷的抗熱震性能得到較大提高,。
當(dāng)Y2O3含量<2mol％時(shí),，ZrO2以單斜相存在；當(dāng)Y2O3含量>8mol％時(shí),，ZrO2 以立方相存在,；而當(dāng)Y2O3含量在2mol％～8mol％時(shí)，ZrO2則以兩相或三相共存,。
當(dāng)Y2O3 含量在3mol％左右時(shí),，由陶瓷中ZrO2晶粒間的相互抑制，可通過控制適當(dāng)?shù)木Я３叽缰苽淙坑伤姆絑rO2 組成的氧化釔穩(wěn)定的四方氧化鋯,，它具有很高的斷裂韌性和抗彎強(qiáng)度,，在高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料中應(yīng)用廣泛。
氧化鋯不僅為優(yōu)良的結(jié)構(gòu)陶瓷材料，而且也具有優(yōu)良的高溫電導(dǎo)性能,，因而是一種用途很廣的固體電解質(zhì)材料,。高溫燃料電池一般也都采用Y2O3穩(wěn)定的ZrO2 為固體電解質(zhì)，其工作溫度可達(dá)800～1000℃,。
