稀土这一块，还得看中国丨细说与激光产业的关联

10月9日，商务部、海关总署发布公告，对相关稀土物项实施出口管制。美东时间10月10日，美方宣布，针对中方采取的稀土等相关物项出口管制，将对中方加征100%关税，并对所有关键软件实施出口管制。

 

10月12日，商务部新闻发言人在答记者问时强调，中方发布了关于稀土等相关物项的出口管制措施，这是中国政府依据法律法规，完善自身出口管制体系的正当做法。中国的出口管制不是禁止出口，只要是用于民用用途的、合规的出口申请，都可以获得批准，相关企业无须担心。

 

中美新一轮贸易摩擦再起，一边是威胁加征关税，另一边则是稀土出口管制。作为经济晴雨表的股市，则真实呈现出当下的市场反映，美国股市、港股以及沪深两市纷纷受挫，陷入持续走低的状态。对于普通人来说，稀土有些陌生，但却和人们的日常生活息息相关。

 

 

认识稀土
稀土是指15种镧系元素，以及钪、钇等共17种特殊元素。这些元素拥有极强的导电与磁性特质，能提升电子产品的性能与稳定度，被誉为现代工业的“科技维生素”。从芯片、电池、计算机荧幕、医疗仪器到军事工业，都少不了稀土应用。一架F-35战斗机需要约417公斤稀土、人形机器人平均需用到4公斤稀土。

 

湖北三峡实验室主任、武汉工程大学池汝安教授在纪实科教节目中就谈到，稀土不是土，也不稀。稀土之所以被称为“稀”，是因为在自然界中分布分散、矿床中多种稀土元素相互混合，且外层电子结构相似，难以用一般化学方式分离。从矿石中提炼出可用于工业生产的高纯度稀土氧化物，技术门槛极高，因此全球稀土供应链的主导权，长期掌握在中国手中。

 

 

如果你问DeepSeek关于稀土的问题，提供的回答一般从稀土元素材料展开。根据稀土元素性质不同，分为稀土磁性材料和稀土光电材料。稀土磁性材料利用稀土元素的4f电子磁矩（特别是其强大的自旋角动量），凭借高磁晶各向异性、高饱和磁化强度、高矫顽力，可产生、增强或控制磁场。这类材料的核心稀土元素有钕（Nd）、镨（Pr）、钐（Sm）、镝（Dy）、铽（Tb），主要应用场景包括永磁电机（电动汽车、风电发电机）、磁共振成像（MRI）、磁悬浮等。

 

稀土光电材料则是利用稀土离子的独特电子跃迁（能级跃迁）吸收、转换或发射光子，从而实现光-光转换、光-电转换或电-光转换。这类材料的核心稀土元素有铕（Eu）、铽（Tb）、钇（Y）、铈（Ce）、钕（Nd）、铒（Er），主要应用场景包括激光器（工业、医疗、科研）、光纤放大器（通信领域关键）、照明与显示（LED、荧光灯、显示器）、防伪标记等。

 

 

稀土光电材料的应用
根据上文所述，稀土与激光产业更多的直接联系是稀土光电材料应用。根据集萃激光总经理杨和逸的说法，稀土之于中国，就好比石油之于中东，具有举足轻重的战略地位。稀土元素是许多核心激光技术的基石，特别在固态激光器和光纤激光器领域。没有稀土掺杂材料，现代高性能激光器的许多突破性进展，几乎不可能实现。

 

丰富的能级结构：稀土元素（特别是镧La系元素）拥有未填满的4f电子壳层。这些4f电子被外层的5s2和5p6电子壳层部分屏蔽，使其受外部环境（基质材料）的影响相对较小。这导致了稀土离子在固态基质中具有尖锐、分立、稳定的能级跃迁。

 

长寿命的亚稳态能级：许多稀土离子存在寿命相对较长的亚稳态能级，通常在微秒到毫秒量级。这是实现粒子数反转（激光产生的必要条件）的关键特性。电子可以被激发到这些亚稳态，停留足够长的时间，从而积累起来，超过低能级的粒子数。

 

 

高效的能量转换：稀土离子在特定的波长范围内（紫外、可见、近红外、中红外）具有高效的吸收和发射能力。它们可以通过吸收泵浦光（如激光二极管发出的光）的能量被激发，然后通过受激辐射发射出特定波长的激光。

 

基质兼容性：稀土离子可以以相对较高的浓度掺杂到各种固态基质材料中，如晶体（如YAG-钇铝石榴石、YVO₄-钒酸钇、蓝宝石）、玻璃（如硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、氟化物玻璃）和陶瓷，而不会显著破坏基质的结构或导致严重的浓度淬灭（某些元素在高浓度时发光效率会下降，但许多稀土离子可以容忍较高浓度）。这使得它们成为理想的增益介质。

 

稀土离子是实现高效率、特定波长、高功率/高能量激光输出的最有效、最关键途径。稀土掺杂材料提供了从紫外（通过上转换或倍频）到中红外（-3μm以上也有探索）的广泛激光波长选择，可满足不同应用需求。固态激光器（尤其是Nd:YAG）和光纤激光器是现代激光工业的两大支柱，其核心都依赖于稀土元素。

 

尽管存在其他类型的激光器（如半导体激光器、气体激光器、染料激光器），但在许多关键的功率水平、光束质量、效率、波长和可靠性要求下，稀土掺杂的固态和光纤激光器具有不可替代的优势。

 

稀土元素独特的原子结构和电子能级特性，特别是4f电子的部分屏蔽效应，使其成为构建高效、稳定、波长多样的激光增益介质的理想选择。从传统的Nd:YAG固体激光器到引领工业变革的千瓦级光纤激光器，再到新兴的2μm医疗和材料加工激光器，稀土元素都扮演着核心角色。

 

它们不仅是实现特定激光波长的关键，更是推动激光技术向更高功率、更高效率、更广泛应用发展的基础材料。因此，稀土资源的稳定供应和稀土激光材料的持续研发，对于激光技术的进步至关重要。

 

 

半导体产业的“命门”
本次稀土出口管制涉及到相关稀土物项，但业界认为，其中最核心也最重要的是稀土磁性材料的出口管制。相比其他国家，无论是稀土磁性材料的储备还是加工提炼，中国都具有显著优势。

 

近年来，芯片、半导体以及当下炙手可热的人工智能等高精尖领域，已经成为未来各国比拼科技的主战场。光刻机的晶圆台、掩模台需实现纳米级精度的高速运动，核心依赖无摩擦直线电机与磁悬浮系统，而这些系统的驱动力与强磁场均来自稀土永磁体，其中以钕铁硼（NdFeB）永磁体为主。NdFeB永磁体主体由钕、铁、硼合金构成，为提升高温稳定性（避免退磁），需掺入镝（Dy）、铽（Tb）调节居里温度。

 

阿斯麦EUV光刻系统

 

单台EUV光刻机需搭载数十公斤钕铁硼磁钢，用于电机定子与转子。钕是这种磁体的主成分，提供超高磁能积，而镝和铽作为辅料改善高温稳定性。稀土磁体的应用，使得光刻机能够实现每小时百片以上晶圆的扫描速度，同时保持亚纳米定位精度。

 

除晶圆台外，光刻机的对准系统、镜头调节机构、上下料机械手等组件，其无刷直流电机或音圈电机的核心部件，同样是稀土磁钢。需注意的是，稀土在此环节的作用集中于设备级支撑，不直接进入晶圆制造，但缺少稀土磁体将导致当代光刻设备的精密运动功能完全失效。

 

除精密运动控制外，光源与光学组件也依赖稀土。EUV、深紫外光刻的主光源不依赖固体稀土介质，但晶圆定位、对准、检测用的辅助激光器，普遍采用钕掺杂钇铝石榴石（Nd:YAG）晶体，其含有的Nd3+离子是高功率激光增益介质，可输出1.064μm激光，经二倍频后生成532nm可见光或进一步转化为355nm紫外光，满足高精度检测需求。

 

LLNL目前正在测试大孔径铥新型激光器技术，采用掺铥氟化钇锂（Tm：YLF）作为激光增益介质，理论上可以高效输出拍瓦级、超短激光脉冲

 

在前沿研究中，稀土还为下一代EUV光源提供潜力。美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室开发的大孔径铥（Tm）激光器，利用Tm³⁺离子产生-2μm激光，与当前行业标准二氧化碳激光器相比可将EUV光源效率提高约10倍，为EUV光刻的成本降低提供可能。

 

EUV/DUV光刻机的激光系统需避免反射光损伤激光器，核心解决方案是光学隔离器，其核心材料为铽镓石榴石（Tb₃Ga₅O₁₂，简称TGG）晶体。TGG中的铽（Tb）元素具有强法拉第磁光效应，在强磁场中可旋转光的偏振面，仅允许激光单向通过，是保障深紫外激光稳定性的不可替代组件。

 

 

稀土与激光加工
说完稀土作为材料的应用。激光作为一种先进制程工具，同样也适用于稀土材料加工。以钕铁硼磁性材料为例，这种材料是以金属间化合物Nd2Fe14B为基础的第三代高性能稀土永磁体，也是目前磁性最强的永磁材料。

 

钕铁硼磁性材料因磁性能强和性价比高等特性，被广泛应用于新能源汽车、通讯电子、工业电机、医疗器械、风力发电、人工智能和航天航空等领域。钕铁硼永磁材料硬度高、脆性大、难加工。利用水导激光切割加工钕铁硼永磁材料，可以实现很好的加工效果。

 

钕铁硼磁性材料

 

经过国内企业的实验比对，相较于传统大功率激光切割，水导激光加工工艺具有热影响区小，无磁损的加工特点，并且有效切割深度可达8mm。相较于成型磨削加工，水导激光加工效率高、适用范围广，不需要设计专用砂轮，缩短了产品的制造周期和成本。

 

采用水导激光加工钕铁硼永磁材料，不仅满足了加工尺寸的高精度要求，而且可以获得高质量的表面加工效果，对改善钕铁硼永磁材料机械加工状况、提高产品质量与加工效率具有重要意义。

 

激光熔覆过程中由于冷却速度极快，易产生裂纹、孔洞等缺陷。稀土元素因独特的电子结构和化学活性，近年来被广泛应用于激光熔覆粉末中，可有效细化晶粒、净化熔池、改善组织均匀性，从而显著提升熔覆层的综合性能。

 

今年7月，来自江苏科技大学材料科学与工程学院的研究人员在材料科学领域国际顶尖期刊《合金与化合物杂志》上发表了一篇题为《稀土元素改善激光熔覆涂层微观结构与性能的研究综述》论文中，全面综述了稀土元素（如Ce、La、Y、Sm等）在激光熔覆铁基、镍基、钴基和高熵合金涂层中的应用研究进展。

 

经过研究发现，向熔覆粉末中添加稀土元素可提高激光吸收率，促进熔池流动，使涂层成分均匀化；此外，稀土元素活性高，易与熔池中的有害元素（如P、S）及夹杂物反应，实现晶界净化，从而减少涂层中的气孔和裂纹，显著改善成形质量。

 

激光熔覆

 

稀土元素主要通过细化晶粒来提升涂层性能。其细化机理在于：稀土元素易在晶界处富集，既能拖拽晶界，又可增加形核位点、抑制晶粒长大；同时，稀土元素固-液界面能低，所需形核吉布斯自由能降低，形核率提高。

 

在涂层中引入稀土元素可降低稀释率，实现涂层与基体更好的冶金结合。特别是对于高熵合金涂层，稀土元素可显著改善因涂层与基体物理化学性能差异大而导致的冶金结合不良问题。

 

全球稀土产能与提炼成本对比

 

有关稀土的话题其实还有很多其他，其中，关于稀土的提纯也是非常重要的环节。目前，中国控制着90%的全球精炼产能，而美国、日本、欧盟、澳大利亚这些经济体加起来，勉强凑出剩下的10%。

 

更难得可贵的是，中国是全球唯一拥有从稀土开采、冶炼分离、功能材料生产到终端应用完整产业链的国家。当然其他欧美国家，也在加紧完善各自的稀土产业链，但这并非一朝一夕的事情，需要时间沉淀和技术积累。