來源：中科煜宸 作者：中科煜宸 時(shí)間：2025-10-17 10:42:13 已閱：0次
10月上旬，關(guān)于稀土出口的政策動態(tài)再次引發(fā)關(guān)注。作為“工業(yè)維生素”的稀土，被重新推到了國際科技競爭的風(fēng)口。與此同時(shí)，在中國制造業(yè)體系中，一種更為先進(jìn)的激光加工技術(shù)——水導(dǎo)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(zhàn)略資源稀土的出口管控，另一邊是高端制造領(lǐng)域的技術(shù)自立。稀土與水導(dǎo)激光的結(jié)合，正成為中國在材料制造與精密加工領(lǐng)域的新突破口。
01
認(rèn)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(yīng)用于永磁體、發(fā)光材料、催化劑和光電元件，是現(xiàn)代高端制造不可或缺的基礎(chǔ)材料。
*圖片來源于網(wǎng)絡(luò)
然而，稀土材料雖性能優(yōu)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(xué)晶體，普遍具有高硬度、高脆性、高價(jià)值等特征。傳統(tǒng)機(jī)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(zhì)量的要求。
在這一背景下，水導(dǎo)激光這一兼具“冷加工”與“精密切割”特征的技術(shù)，成為解決稀土加工難題的關(guān)鍵手段。
02
認(rèn)識水導(dǎo)激光與加工優(yōu)勢
水導(dǎo)激光是一種激光束通過細(xì)微水射流進(jìn)行傳輸和聚焦的先進(jìn)加工技術(shù)。其核心原理是：高壓水流在微細(xì)噴嘴中形成穩(wěn)定液柱，激光通過這一液柱傳播至工件表面，在局部實(shí)現(xiàn)高能量密度的照射與材料去除。
*水導(dǎo)激光的加工特點(diǎn)
相比傳統(tǒng)激光切割，水導(dǎo)激光具有以下獨(dú)特優(yōu)勢：
?熱影響區(qū)極小：水流同時(shí)起冷卻作用，可顯著降低熱應(yīng)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(fā)散角極小，切縫寬度可低至數(shù)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(xué)晶體等高反材料可在水介質(zhì)中安全吸能、穩(wěn)定切割。
水導(dǎo)激光技術(shù)已成熟應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)葉片、陶瓷復(fù)合材料等高價(jià)值工件的無損加工，如今正逐步延伸到稀土功能材料領(lǐng)域。
03
水導(dǎo)激光在稀土產(chǎn)業(yè)的典型應(yīng)用
稀土元素因其獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)，具備多種特殊的物理、化學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)，使其成為高性能材料和先進(jìn)技術(shù)的核心原料。無論是在信息技術(shù)、新能源、國防安全，還是環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，稀土都發(fā)揮著舉足輕重的作用。稀土是制造高性能永磁材料的關(guān)鍵，廣泛應(yīng)用于電動汽車、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、智能手機(jī)和硬盤驅(qū)動器等，推動了能源轉(zhuǎn)型和信息技術(shù)的發(fā)展。此外，稀土還被用于光學(xué)材料、激光設(shè)備和醫(yī)療器械等高端領(lǐng)域，提升產(chǎn)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(yōu)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(jìn)一步應(yīng)用和加工的主要難點(diǎn)。傳統(tǒng)機(jī)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(yīng)用
經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，采用水導(dǎo)激光切割釹鐵硼，可獲得以下效果：
○ 熱影響區(qū)小于約20 μm，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)激光的百微米級；
○ 磁性能保持率可達(dá)約99%，無明顯退磁現(xiàn)象；
○ 有效切割厚度可達(dá)約40 mm，加工效率顯著提升；
○ 切口平整、無碳化層，減少后續(xù)磨削需求。
*中科煜宸水導(dǎo)激光加工磁鋼案例-Ra-1.5μm
● 稀土摻雜光學(xué)晶體的精細(xì)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(zhì)。這些晶體透明度高、脆性強(qiáng)，對加工缺陷極為敏感。使用水導(dǎo)激光進(jìn)行微槽、劃片、端面修整，可實(shí)現(xiàn)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(tǒng)干式激光切割，水導(dǎo)激光能有效防止光學(xué)燒蝕、表面霧化及微裂紋產(chǎn)生，為高功率激光晶體模塊化裝配提供關(guān)鍵技術(shù)保障。
● 稀土涂層與激光熔覆復(fù)合工藝
稀土功能涂層及其精密制備技術(shù)在航空航天動力系統(tǒng)中具有重要的應(yīng)用潛力。針對燃燒室、高/低壓渦輪靜子葉片、低壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片、渦輪外環(huán)、尾噴管調(diào)節(jié)片、密封片以及內(nèi)椎體等典型熱端部件，為滿足極端環(huán)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(huán)境屏障涂層（EBC）以及稀土改性激光熔覆涂層等先進(jìn)表面工程技術(shù)引入其制造體系中。
其中，熱障涂層（TBC） 通常采用 NiCoCrAlY 金屬結(jié)合層 + Y?O? 穩(wěn)定氧化鋯（YSZ）陶瓷頂層 的雙層結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)基體溫度降低 150–200 °C 的隔熱效果；而在以 SiC/SiC 陶瓷基復(fù)合材料（CMC） 為代表的新型輕質(zhì)耐高溫構(gòu)件上，稀土硅酸鹽基環(huán)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(shí)，在燃燒室襯套、渦輪外環(huán)與尾噴管等高熱流密度區(qū)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(xì)化晶粒、凈化界面并提高冶金結(jié)合質(zhì)量；結(jié)合水導(dǎo)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(yōu)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(huán)境屏障涂層與水導(dǎo)激光精密加工技術(shù)的協(xié)同應(yīng)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(hù)與壽命延長途徑，對提升高性能航空發(fā)動機(jī)與航天動力系統(tǒng)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(jié)構(gòu)加工與微孔陣列制備
在熒光體、催化劑載體、發(fā)光陶瓷等稀土功能材料中，微孔結(jié)構(gòu)與表面粗糙度直接影響其光學(xué)或催化性能。水導(dǎo)激光可在不改變化學(xué)成分的情況下，實(shí)現(xiàn)微米級孔陣列加工、表面紋理重構(gòu)，為高性能稀土光電器件提供新的制備手段。
*中科煜宸水導(dǎo)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(dǎo)激光加工案例：Y3Al5O12 YAG Filter for white LEDs
稀土是“中國的核心戰(zhàn)略資源”，而水導(dǎo)激光正成為“中國高端制造領(lǐng)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(yōu)勢向制造強(qiáng)國加速邁進(jìn)，水導(dǎo)激光正是這一進(jìn)程中的關(guān)鍵技術(shù)支撐。未來，當(dāng)稀土材料與水導(dǎo)激光技術(shù)深度融合，將為中國制造在高端裝備、新能源等領(lǐng)域打開“精準(zhǔn)高效加工”的新空間，推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)邁向更高質(zhì)量的發(fā)展階段。
