ایتریوم یک فلز فعال شیمیایی و نقرهای{0}}سفید است که عمدتاً از طریق احیای کلسیوترمی فلوراید ایتریوم به دست میآید. به راحتی در هوا اکسید می شود و درخشندگی فلزی خود را از دست می دهد. در کاربردهای صنعتی، ایتریوم همیشه به عنوان ایتریوم فلزی استفاده نمی شود. بیشتر اوقات، به شکل ترکیباتی مانند اکسید ایتریم (Y2O3) وارد زنجیره تامین خاک کمیاب پایین دست می شود.
ایتریوم همچنین اولین عنصر خاکی کمیاب بود که تاکنون کشف شد. به لطف خواص فیزیکی و شیمیایی برجسته آن، به یک افزودنی حیاتی در تولید صنعتی در سرتاسر جهان تبدیل شده است که بیصدا زیربنای تولید مدرن است.
آنچه واقعاً ایتریم را در کانون توجه جهانی قرار داده است، وابستگی عمیق بخش بالا-به آن - و کنترل چین بر این عرضه است.
ایتریوم خاکی کمیاب عمدتاً در کشورهایی مانند چین، روسیه، ایالات متحده و استرالیا توزیع می شود و حدود 40 درصد از ذخایر آن در چین متمرکز است. امروزه، چین نه تنها بزرگترین ذخایر خاکی کمیاب جهان را در اختیار دارد، بلکه بیش از 90 درصد از ظرفیت پالایش و جداسازی خاک های کمیاب جهان را کنترل می کند.
تحت تأثیر کنترلهای صادرات خاکهای کمیاب چین، قیمتهای اکسید ایتریوم در خارج از کشور از سال 2025 به افزایش خود ادامه داده است. طبق گزارش آسیایی متال، قیمت اکسید ایتریم از 7.9 دلار/کیلوگرم در ژانویه 2025 به 441 دلار/کیلوگرم تا ماه مه افزایش یافت 2026 - که 55 برابر افزایش یافته است.
سه صنعت برتر ژاپن از نظر مصرف اکسید ایتریم، سرامیک های الکترونیکی، فسفر و نمایشگرها، و صنعت نیمه هادی - همه صنایع ستون اصلی هستند. با افزایش سرسامآور قیمتهای اکسید ایتریم، تولیدکنندگان ژاپنی با هزینههای فزایندهای مواجه میشوند که در نهایت رقابتپذیری محصولات آنها را در بازار جهانی کاهش میدهد.
در حال حاضر، قیمت نقطه ای خارجی برای اکسید ایتریم نسبت به ابتدای سال 3.4 برابر افزایش یافته است. برای تولیدکنندگان زیرکونیای تثبیتشده ایتریا-ژاپنی (YSZ)، هزینههای تولید کاملاً از کنترل خارج شده است و آنها را مجبور میکند تا فشار را از طریق افزایش شدید قیمت تحمل کنند.
وقتی مواد خام استراتژیک حیاتی بالادست قطع میشود، ظرفیت تولید{0}بالا دستی میتواند به طور کامل از بین برود.
بخش هوافضا
فراتر از استفاده در ترمیم دندان، مواد سرامیکی YSZ - با رسانایی حرارتی پایین، نقطه ذوب بالا و پایداری شیمیایی عالی - به یکی از انتخابهای برتر برای لایه سرامیکی در پوششهای مانع حرارتی (TBC) تبدیل شدهاند. در 30 سال گذشته، YSZ بهعنوان نیروی کار مطلق TBC بوده است که به طور گسترده در موتورهای جتهای جنگنده پیشرفته مانند F-22، F{10}}35، و J-20 و همچنین در موتورهای تجاری هوائی از جنرال الکتریک، رولز رویس، و پرت اند ویتنی استفاده میشود. انجمن صنایع هوافضا (AIA) ایالات متحده بیان می کند که ایتریم برای پیشرفته ترین موتورهای جت جهان حیاتی است. داک هاردویک، معاون AIA در امور بینالملل، فاش کرد: "زنجیره تامین ما در حال حاضر به شدت به واردات از چین متکی است - وابستگی که هزینهها را در میان وخامت کمبودها افزایش میدهد."
تجهیزات نیمه هادی
در میان صدها مرحله در ساخت تراشه، اچ پلاسما یکی از وحشیانه ترین مراحل است. نقطه ذوب بالا و پایداری حرارتی Y2O3 آن را قادر می سازد تا عملکرد حفاظتی عالی را در مدت زمان طولانی در محیط های اچ پلاسما حفظ کند و آن را به یکی از پرکاربردترین مواد برای محافظت از اچ پلاسما تبدیل می کند. بزرگترین مزیت Y2O3 این است که در پلاسماهای مبتنی بر فلوئور به آرامی واکنش نشان میدهد و پایداری سطح پوشش را حفظ میکند، که به آن چشمانداز قوی برای استفاده در تجهیزات حکاکی ویفرهای 8 اینچی و بزرگتر میدهد.
بخش MLCC
خازن های سرامیکی چند لایه (MLCCs) در درجه اول از تیتانات باریم (BaTiO3) به عنوان ماده دی الکتریک استفاده می کنند. با این حال، BaTiO3 از اشکالات ذاتی مانند رانش زیاد دما، تلفات دی الکتریک بالا، و استقامت ولتاژ ضعیف رنج می برد، که لازم است مواد را با مقادیر کمی از اکسیدهای خاکی کمیاب برای اصلاح شبکه دوپ کنیم. بر اساس تجزیه و تحلیل توسط China Galaxy Securities، اکسید ایتریم ماده دوپینگی است که بیشترین مصرف را در فرآیند تهیه پودر MLCC دارد، در حالی که دیسپروزیم و تربیوم مواد اولیه افزودنی کلیدی برای تولید MLCC مورد استفاده در سناریوهای ولتاژ بالا-و هوش مصنوعی خودرو هستند. پس از اجرای کنترلهای صادرات خاکهای کمیاب توسط چین، شرکتهای ژاپنی و کرهجنوبی تهیه این مواد خاکی کمیاب را بهطور چشمگیری دشوارتر کردهاند.
اپتیک و لیزر
در حال حاضر، ایتریم بیشترین استفاده را در مواد کریستالی دارد، مانند گارنت آلومینیوم ایتریوم (Y3Al5O12، YAG)، تک بلورهای ایتریم وانادات (YVO4) و کریستال های سیلیکات ایتریم (YSiO). در میان آنها، YAG - یک کریستال مصنوعی، بی رنگ، شفاف با سختی بالا، نقطه ذوب بالا، و خواص فیزیکی و شیمیایی پایدار - امروزه به پرکاربردترین ماده کریستالی لیزر تبدیل شده است.
فراتر از کاربردهای نظامی، گارنت آهن ایتریوم (YIG) را می توان برای ساخت دستگاه های غیرفعال کلیدی در باند فرکانس تراهرتز استفاده کرد که به حل مشکلات تداخل و انتقال یک طرفه برای سیگنال های فرکانس بالا{{2} 6G کمک می کند. اگرچه اجزای کاملاً ضروری نیستند، اما همچنان می توانند بر عملکرد شبکه های 6G تأثیر بگذارند.
چرا ایتریم ضروری است؟
به گفته شرکتهای ژاپنی که از مواد مبتنی بر ایتریوم{0}}استفاده میکنند: "جایگزینی با مواد دیگر بسیار دشوار است و هنوز روند مشخصی به سمت کاهش خرید وجود ندارد." داده های اضافی نشان می دهد که حدود 65٪ از مواد حاوی ایتریم- یا محصولات اکسید ایتریم وارد شده توسط ایالات متحده در ژاپن تولید می شود.
بازگشت به سوال اصلی: آیا ایتریم برای تولید{0}بالا ضروری است؟
از نظر فنی غیر قابل تعویض در کاربردهای پیشرفته سرامیک، اکسید ایتریم نقش های متعددی را به عنوان یک "تثبیت کننده"، "نرقاب کننده" و "کمک تف جوشی" ایفا می کند. این تا حدی به دلیل خواص منحصر به فرد اکسید ایتریم به عنوان یک خاک کمیاب سنگین است و تا حدودی به این دلیل است که مقرون به صرفه ترین ماده خاکی کمیاب سنگین است. علاوه بر این، افزودن عناصر خاکی کمیاب سنگین به پودرهای سرامیکی به منظور ایجاد قابلیت های ویژه به سرامیک ها است.
کنترل مطلق بر زنجیره تامین زنجیره صنعت خاکی کمیاب ایتریوم ساختار «ساعت شنی» عجیبی را تشکیل داده است: منابع بالادستی از نظر جغرافیایی متنوع هستند، و کاربردهای پایین دستی بسیار گسترده هستند، اما مرحله مهم «پردازش» در وسط به شدت در یک مکان نگه داشته شده است. این نشان دهنده یک قدرت زنجیره تامین استراتژیک و ساختاری است.
عمق واکنش زنجیره ای. ایتریوم یک فلز فله معمولی نیست. این یک ماده حیاتی ضروری است که در سناریوهای صنعتی فوقالعاده بالا - فرآیندهای تولید نیمهرسانا، پوششهای موتور با دمای بالا، اجزای هوافضا، الکترونیک، و کاربردهای صنعتی با کارایی بالا قرار گرفته است.