來源：中科煜宸 作者：中科煜宸 時間：2025-10-17 10:42:13 已閱：0次
10月上旬，關于稀土出口的政策動態再次引發關注。作為“工業維生素”的稀土，被重新推到了國際科技競爭的風口。與此同時，在中國制造業體系中，一種更為先進的激光加工技術——水導激光（Waterjet-Guided Laser，簡稱WJGL），正悄然改變著稀土材料的加工格局。
一邊是戰略資源稀土的出口管控，另一邊是高端制造領域的技術自立。稀土與水導激光的結合，正成為中國在材料制造與精密加工領域的新突破口。
01
認識稀土與加工瓶頸
稀土元素共17種，包括15種鑭系元素以及鈧（Sc）和釔（Y）。這些元素廣泛應用于永磁體、發光材料、催化劑和光電元件，是現代高端制造不可或缺的基礎材料。
*圖片來源于網絡
然而，稀土材料雖性能優異，卻難加工。無論是釹鐵硼磁體、鈰氧化物陶瓷，還是稀土摻雜光學晶體，普遍具有高硬度、高脆性、高價值等特征。傳統機械加工方式（如磨削、放電、線切割）存在熱損傷、邊緣崩裂、表面氧化等問題，難以滿足高端器件對精度和質量的要求。
在這一背景下，水導激光這一兼具“冷加工”與“精密切割”特征的技術，成為解決稀土加工難題的關鍵手段。
02
認識水導激光與加工優勢
水導激光是一種激光束通過細微水射流進行傳輸和聚焦的先進加工技術。其核心原理是：高壓水流在微細噴嘴中形成穩定液柱，激光通過這一液柱傳播至工件表面，在局部實現高能量密度的照射與材料去除。
*水導激光的加工特點
相比傳統激光切割，水導激光具有以下獨特優勢：
?熱影響區極小：水流同時起冷卻作用，可顯著降低熱應力、避免材料退磁或組織變化；
?加工精度高：光束被水柱束縛傳輸，發散角極小，切縫寬度可低至數十微米；
?無飛濺、無燒蝕層：水流帶走熔融碎屑和等離子體，有效避免二次污染；
?可加工高反材料：稀土磁體、光學晶體等高反材料可在水介質中安全吸能、穩定切割。
水導激光技術已成熟應用于航空發動機葉片、陶瓷復合材料等高價值工件的無損加工，如今正逐步延伸到稀土功能材料領域。
03
水導激光在稀土產業的典型應用
稀土元素因其獨特的電子結構，具備多種特殊的物理、化學和磁學性質，使其成為高性能材料和先進技術的核心原料。無論是在信息技術、新能源、國防安全，還是環境保護領域，稀土都發揮著舉足輕重的作用。稀土是制造高性能永磁材料的關鍵，廣泛應用于電動汽車、風力發電機、智能手機和硬盤驅動器等，推動了能源轉型和信息技術的發展。此外，稀土還被用于光學材料、激光設備和醫療器械等高端領域，提升產品性能和功能。
● 稀土永磁材料的高精度切割
釹鐵硼磁鋼性能優異，但其脆性大、易氧化、成本較高以及高溫性能有限，是制約其進一步應用和加工的主要難點。傳統機械切削或放電加工容易引起退磁、裂紋、毛刺等缺陷，影響磁性能。
*磁鋼的應用
經實驗驗證，采用水導激光切割釹鐵硼，可獲得以下效果：
○ 熱影響區小于約20 μm，遠低于傳統激光的百微米級；
○ 磁性能保持率可達約99%，無明顯退磁現象；
○ 有效切割厚度可達約40 mm，加工效率顯著提升；
○ 切口平整、無碳化層，減少后續磨削需求。
*中科煜宸水導激光加工磁鋼案例-Ra-1.5μm
● 稀土摻雜光學晶體的精細開槽與劃片
Nd:YAG、Er:YVO?、Yb:YLF 等稀土摻雜晶體是固體激光器的核心增益介質。這些晶體透明度高、脆性強，對加工缺陷極為敏感。使用水導激光進行微槽、劃片、端面修整，可實現低損傷、高透光率的成品表面。
*材料名稱：Nd:Y3A15O12 圖片來源Nd:YAG Crystal-|Fuzhou Hundreds Optics Inc. (100optics.com)
相比傳統干式激光切割，水導激光能有效防止光學燒蝕、表面霧化及微裂紋產生，為高功率激光晶體模塊化裝配提供關鍵技術保障。
● 稀土涂層與激光熔覆復合工藝
稀土功能涂層及其精密制備技術在航空航天動力系統中具有重要的應用潛力。針對燃燒室、高/低壓渦輪靜子葉片、低壓渦輪轉子葉片、渦輪外環、尾噴管調節片、密封片以及內椎體等典型熱端部件，為滿足極端環境下的高溫抗氧化、抗水汽腐蝕及抗熱沖擊要求，研究者將熱障涂層（TBC）、環境屏障涂層（EBC）以及稀土改性激光熔覆涂層等先進表面工程技術引入其制造體系中。
其中，熱障涂層（TBC） 通常采用 NiCoCrAlY 金屬結合層 + Y?O? 穩定氧化鋯（YSZ）陶瓷頂層 的雙層結構，以實現基體溫度降低 150–200 °C 的隔熱效果；而在以 SiC/SiC 陶瓷基復合材料（CMC） 為代表的新型輕質耐高溫構件上，稀土硅酸鹽基環境屏障涂層（EBC）——如 Yb?Si?O?、Gd?Zr?O? 等——被用于抵御高溫水汽和 CMAS（鈣鎂鋁硅氧化物）熔蝕。
同時，在燃燒室襯套、渦輪外環與尾噴管等高熱流密度區域，常采用稀土元素（Ce、La、Y）改性的激光熔覆或定向能量沉積涂層。稀土元素在熔覆過程中能夠顯著細化晶粒、凈化界面并提高冶金結合質量；結合水導激光的高能量密度與局部冷卻特性，可有效抑制裂紋與氣孔的形成，從而獲得高致密度與優異耐磨性、抗氧化性及抗熱震性能的功能層。
綜上，稀土改性熱障 / 環境屏障涂層與水導激光精密加工技術的協同應用，為航空航天高溫部件提供了一種高效、低損傷、可控的表面防護與壽命延長途徑，對提升高性能航空發動機與航天動力系統的可靠性與服役溫度具有重要的工程意義。
● 稀土化合物的微結構加工與微孔陣列制備
在熒光體、催化劑載體、發光陶瓷等稀土功能材料中，微孔結構與表面粗糙度直接影響其光學或催化性能。水導激光可在不改變化學成分的情況下，實現微米級孔陣列加工、表面紋理重構，為高性能稀土光電器件提供新的制備手段。
*中科煜宸水導激光加工案例：Gadolinium Aluminum Gallium Garnet (GAGG)摻鈰釓鋁鎵石榴石
*中科煜宸水導激光加工案例：Y3Al5O12 YAG Filter for white LEDs
稀土是“中國的核心戰略資源”，而水導激光正成為“中國高端制造領域的突破性工藝”。從稀土磁體的精密成型到稀土光電元件的微納加工，中國正依托資源優勢向制造強國加速邁進，水導激光正是這一進程中的關鍵技術支撐。未來，當稀土材料與水導激光技術深度融合，將為中國制造在高端裝備、新能源等領域打開“精準高效加工”的新空間，推動相關產業邁向更高質量的發展階段。
