Приложение на редкоземни материали в съвременните военни технологии

Приложение наРедкоземни материалив областта на съвременните военни технологии

Като специален функционален материал, редкоземните елементи, известни като „съкровищницата“ на новите материали, могат значително да подобрят качеството и производителността на други продукти и са известни като „витаминът“ на съвременната индустрия. Той не само се използва широко в традиционни индустрии като металургия, нефтохимическа промишленост, стъклокерамика, предене на вълна, кожа и селско стопанство, но също така играе незаменима роля в областите на материали като флуоресценция, магнетизъм, лазер, оптична комуникация, енергия за съхранение на водород, свръхпроводимост и т.н., пряко влияе върху скоростта и нивото на развитие на нововъзникващите високотехнологични индустрии като напр. Оптични инструменти, електроника, аерокосмическа индустрия, ядрена индустрия и др. Тези технологии са успешно приложени във военната технология, като значително насърчават развитието на съвременната военна технология.

Специалната роля, която играят новите редкоземни материали в съвременната военна технология, широко привлече вниманието на правителства и експерти от различни страни, като беше посочена като ключов елемент в развитието на високотехнологичните индустрии и военни технологии от съответните отдели в САЩ, Япония и други страни.

Кратко въведение в редкоземните елементи и връзката им с военните и националната отбрана

Строго погледнато, всичкиредкоземни елементиимат определени военни употреби, но най-критичната роля в националната отбрана и военните полета трябва да бъде прилагането на лазерно определяне на разстояние, лазерно насочване, лазерна комуникация и други области.

 Приложение на редкоземна стомана и чугун с шаровидна форма в съвременната военна технология

 1.1 Приложение на редкоземната стомана в съвременната военна технология

Неговите функции включват пречистване, модификация и легиране, главно включително десулфуризация, дезоксидация и отстраняване на газ, елиминиране на влиянието на вредни примеси с ниска точка на топене, рафиниране на зърното и структурата, повлияване на точката на фазов преход на стоманата и подобряване на нейната закаляемост и механични свойства . Военният научен и технологичен персонал е разработил много редкоземни материали, подходящи за използване в оръжия, като е използвал това свойство на редкоземните елементи.

 1.1.1 Бронестомана

 Още в началото на 60-те години на миналия век китайската оръжейна промишленост започва изследвания за приложението на редкоземни метали в бронирана стомана и оръжейна стомана и последователно произвежда редкоземна бронирана стомана като 601, 603 и 623, поставяйки началото на нова ера, в която ключови суровини в Китай производството на танкове е базирано в страната.

 1.1.2 Редкоземна въглеродна стомана

В средата на 60-те години Китай добави 0,05% редкоземни елементи към оригиналната висококачествена въглеродна стомана, за да произведе редкоземна въглеродна стомана. Стойността на страничния удар на тази рядкоземна стомана се е увеличила със 70% до 100% в сравнение с оригиналната въглеродна стомана, а стойността на удара при -40 ℃ се е увеличила почти два пъти. Патронът с голям диаметър от тази стомана е доказано чрез тестове за стрелба в стрелбището, че напълно отговаря на техническите изисквания. В момента Китай е финализиран и пуснат в производство, постигайки дългогодишното желание на Китай да замени медта със стомана в материалите за касети.

 1.1.3 Редкоземна стомана с високо съдържание на манган и редкоземна лята стомана

Редкоземната стомана с високо съдържание на манган се използва за производството на обувки за танкови вериги, а редкоземната лята стомана се използва за производството на крилата на опашката, дулната спирачка и артилерийските структурни части на високоскоростни бронебойни саботове, което може да намали процедурите за обработка, подобряване на степента на използване на стоманата и постигане на тактически и технически показатели.

В миналото материалите, използвани за телата на снарядите с предна камера в Китай, бяха направени от полутвърд чугун с висококачествен чугун, добавен с 30% до 40% стоманен скрап. Поради ниската си якост, висока крехкост, нисък и неостър брой ефективни фрагменти след експлозия и слаба сила на убиване, развитието на тялото на снаряда с предна камера някога е било възпрепятствано. От 1963 г. различни калибри на минохвъргачни снаряди се произвеждат с помощта на редкоземно сферографитен чугун, което повишава техните механични свойства с 1-2 пъти, умножава броя на ефективните фрагменти и изостряне на остротата на фрагментите, което значително повишава тяхната убийствена сила. Ефективният брой фрагменти и интензивният радиус на унищожаване на определен тип снаряди за оръдия и снаряди за полеви пистолети, направени от този материал в Китай, са малко по-добри от тези на стоманените снаряди.

Приложение на цветни редкоземни сплави като магнезий и алуминий в съвременните военни технологии

 Редкоземниима висока химическа активност и голям атомен радиус. Когато се добави към цветни метали и техните сплави, той може да рафинира зърната, да предотврати сегрегация, обезгазяване, отстраняване и пречистване на примеси и да подобри металографската структура, така че да се постигне цялостната цел за подобряване на механичните свойства, физичните свойства и свойствата на обработка . Работниците по материали в страната и чужбина са разработили нови редкоземни магнезиеви сплави, алуминиеви сплави, титанови сплави и суперсплави, използвайки това свойство на редкоземните метали. Тези продукти са широко използвани в съвременните военни технологии като изтребители, щурмови самолети, хеликоптери, безпилотни летателни апарати и ракетни сателити.

2.1 Редкоземна магнезиева сплав

Редкоземни магнезиеви сплавиимат висока специфична якост, могат да намалят теглото на самолета, да подобрят тактическите характеристики и имат широки перспективи за приложение. Редкоземните магнезиеви сплави, разработени от China Aviation Industry Corporation (наричани по-нататък AVIC), включват приблизително 10 степени на ляти магнезиеви сплави и деформирани магнезиеви сплави, много от които са използвани в производството и имат стабилно качество. Например, ZM 6 лята магнезиева сплав с редкоземен метал неодим като основна добавка е разширена, за да може да се използва за важни части като задни редукторни корпуси на хеликоптери, ребра на бойни крила и роторни оловни притискащи плочи за 30 kW генератори. Редкоземната магнезиева сплав с висока якост BM 25, разработена съвместно от AVIC Corporation и Nonferrous Metals Corporation, замени някои алуминиеви сплави със средна якост и се прилага в ударни самолети.

2.2 Редкоземна титанова сплав

В началото на 1970 г. Пекинският институт по аеронавигационни материали (наричан Институт по аеронавигационни материали) замени някои алуминий и силиций с редкоземен метал церий (Ce) в титаниеви сплави Ti-A1-Mo, ограничавайки утаяването на крехки фази и подобряване на устойчивостта на топлина на сплавта, като същевременно подобрява нейната термична стабилност. На тази основа е разработена високоефективна високотемпературна титанова сплав ZT3, съдържаща церий. В сравнение с подобни международни сплави, той има определени предимства по отношение на устойчивост на топлина и производителност на процеса. Корпусът на компресора, произведен с него, се използва за двигателя W PI3 II, с намаление на теглото от 39 kg на самолет и увеличение на съотношението на тягата към теглото с 1,5%. В допълнение, намаляването на етапите на обработка с около 30% постигна значителни технически и икономически ползи, запълвайки празнината в използването на ляти титаниеви корпуси за авиационни двигатели в Китай при 500 ℃. Изследванията показват, че има малки частици цериев оксид в микроструктурата на сплав ZT3, съдържаща церий. Церият комбинира част от кислорода в сплавта, за да образува огнеупорна и висока твърдостредкоземен оксидматериал, Ce2O3. Тези частици възпрепятстват движението на дислокациите по време на процеса на деформация на сплавта, подобрявайки характеристиките на сплавта при висока температура. Церият улавя част от газовите примеси (особено по границите на зърната), което може да укрепи сплавта, като същевременно поддържа добра термична стабилност. Това е първият опит да се приложи теорията за трудно точково укрепване на разтворените вещества в лети титанови сплави. В допълнение, Институтът по аеронавигационни материали е разработил стабилни и евтиниИтриев(III) оксидпясък и прах чрез години изследвания и специална технология за обработка на минерализацията в процеса на прецизно леене на титанови сплави. Той е достигнал по-добро ниво по отношение на специфично тегло, твърдост и стабилност спрямо титанова течност и е показал по-големи предимства при регулиране и контролиране на производителността на шламовата суспензия. Изключителното предимство на използванетоИтриев(III) оксидчерупката за производство на титанови отливки е, че при условие, че качеството на отливката и нивото на процеса са еквивалентни на процеса на нанасяне на волфрамово покритие, могат да се произвеждат отливки от титаниева сплав, по-тънки от процеса на нанасяне на волфрамово покритие. Понастоящем този процес се използва широко в производството на различни самолети, двигатели и граждански отливки.

2.3 Редкоземна алуминиева сплав

Топлоустойчивата лята алуминиева сплав HZL206, разработена от AVIC, има превъзходни механични свойства при висока температура и стайна температура в сравнение с чуждестранните сплави, съдържащи никел, и е достигнала напредналото ниво на подобни сплави в чужбина. Сега се използва като устойчив на налягане клапан за хеликоптери и бойни самолети с работна температура от 300 ℃, замествайки стоманени и титанови сплави. Конструктивното тегло е намалено и е пуснато в масово производство. Якостта на опън на свръхевтектичната сплав ZL117 от редкоземен алуминий и силиций при 200-300 ℃ надвишава тази на западногерманските бутални сплави KS280 и KS282. Неговата устойчивост на износване е 4-5 пъти по-висока от тази на често използваните бутални сплави ZL108, с малък коефициент на линейно разширение и добра стабилност на размерите. Използва се в авиационни аксесоари въздушни компресори KY-5, KY-7 и бутала на двигатели на авиационни модели. Добавянето на редкоземни елементи към алуминиеви сплави значително подобрява микроструктурата и механичните свойства. Механизмът на действие на редкоземните елементи в алуминиевите сплави е: образуване на дисперсно разпределение, като малките алуминиеви съединения играят значителна роля в укрепването на втората фаза; Добавянето на редкоземни елементи играе ролята на дегазиращ катарзис, като по този начин намалява броя на порите в сплавта и подобрява работата на сплавта; Редкоземните алуминиеви съединения служат като хетерогенни ядра за рафиниране на зърна и евтектични фази и също така са модификатор; Редкоземните елементи насърчават образуването и рафинирането на фази, богати на желязо, като намаляват техните вредни ефекти. α— Количеството желязо в твърдия разтвор в А1 намалява с увеличаването на добавянето на редкоземни метали, което също е от полза за подобряване на здравината и пластичността.

Приложението на редкоземни горивни материали в съвременната военна технология

3.1 Чисти редкоземни метали

Чистите редкоземни метали, поради своите активни химични свойства, са склонни да реагират с кислород, сяра и азот, за да образуват стабилни съединения. Когато са подложени на силно триене и удар, искрите могат да запалят запалими вещества. Затова още през 1908 г. е направена на кремък. Установено е, че сред 17-те редкоземни елемента шест елемента, включително церий, лантан, неодимий, празеодим, самарий и итрий, имат особено добра производителност при палежи. Хората са направили различни запалителни оръжия, базирани на палежите на редкоземните метали. Например, тежащата 227 кг американска ракета "Марк 82" използва облицовки от редкоземни метали, които не само предизвикват експлозивен убиващ ефект, но и ефект на палеж. Американската бойна глава на ракетата въздух-земя "damping man" е снабдена със 108 квадратни пръта от редкоземни метали като облицовки, заместващи някои сглобяеми фрагменти. Тестовете за статична експлозия показват, че способността му да запали авиационно гориво е с 44% по-висока от тази на необлицованите.

3.2 Смесени редкоземни метали

Поради високата цена на чисторедкоземен металs, евтините композитни редкоземни метали се използват широко в оръжия с горене в различни страни. Композитният горивен агент от редкоземни метали се зарежда в металната обвивка под високо налягане, с плътност на горивния агент от (1,9~2,1) × 103 kg/m3, скорост на горене 1,3-1,5 m/s, диаметър на пламъка около 500 mm, и температура на пламъка до 1715-2000 ℃. След изгаряне нажеженото тяло остава горещо повече от 5 минути. По време на нахлуването във Виетнам американската армия използва пускови установки, за да изстреля 40-милиметрова граната за палеж, която беше пълна със запалителна облицовка, изработена от смес от редкоземни метали. След като снарядът експлодира, всеки фрагмент със запалителна облицовка може да запали целта. По това време месечното производство на бомбата достига 200 000 патрона, като максимумът е 260 000 патрона.

3.3 Редкоземни горивни сплави

Редкоземната горима сплав с тегло от 100 g може да образува 200~3000 запалки, покриващи голяма площ, което е еквивалентно на радиуса на убийство на бронебойни боеприпаси и бронебойни снаряди. Следователно разработването на многофункционални боеприпаси с мощност на горене се превърна в една от основните насоки на развитие на боеприпаси у нас и в чужбина. Що се отнася до бронебойните боеприпаси и бронебойните снаряди, тяхното тактическо представяне изисква след пробиване на бронята на вражеския танк те да могат да запалят горивото и боеприпасите си, за да унищожат напълно танка. За гранатите се изисква да запалят военни доставки и стратегически съоръжения в рамките на техния обхват на убийство. Съобщава се, че пластмасово запалително устройство от редкоземни метали, произведено в Произведено в САЩ, е направено от найлон, подсилен със стъклени влакна, със смесен патрон от редкоземни сплави вътре, което има по-добър ефект срещу авиационно гориво и подобни цели.

Приложение на редкоземни материали във военната защита и ядрените технологии

4.1 Приложение във военните технологии за защита

Редкоземните елементи имат радиационно устойчиви свойства. Националният център за неутронно напречно сечение на Съединените щати е направил два вида плочи с дебелина 10 mm, като използва полимерни материали като основен материал, със или без добавяне на редкоземни елементи, за тестове за защита от радиация. Резултатите показват, че екраниращият ефект на топлинните неутрони на полимерните материали от редкоземни елементи е 5-6 пъти по-добър от този на полимерните материали без редкоземни елементи. Сред тях редкоземните материали със Sm, Eu, Gd, Dy и други елементи имат най-голямото напречно сечение на абсорбция на неутрони и добър ефект на улавяне на неутрони. Понастоящем основните приложения на материали за защита от радиация от редкоземни метали във военната технология включват следните аспекти.

4.1.1 Екраниране от ядрена радиация

Съединените щати използват 1% бор и 5% редкоземни елементигадолиний, самарийилантанза направата на 600 мм дебел устойчив на радиация бетон за екраниране на източника на неутрони на делене на реактора на басейна. Франция разработи рядкоземен материал за радиационна защита чрез добавяне на борид, редкоземно съединение или редкоземна сплав към графита като основен материал. Пълнежът на този композитен екраниращ материал трябва да бъде равномерно разпределен и направен в предварително изработени части, които се поставят около канала на реактора в съответствие с различните изисквания на екраниращата зона.

4.1.2 Защита на резервоара от термично излъчване

Състои се от четири слоя фурнир, с обща дебелина 5-20см. Първият слой е направен от пластмаса, подсилена със стъклени влакна, с добавен неорганичен прах с 2% редкоземни съединения като пълнители за блокиране на бързи неутрони и абсорбиране на бавни неутрони; Вторият и третият слой добавят борграфит, полистирен и редкоземни елементи, представляващи 10% от общия пълнител в първия, за да блокират междинните енергийни неутрони и да абсорбират топлинни неутрони; Четвъртият слой използва графит вместо стъклени влакна и добавя 25% редкоземни съединения за абсорбиране на топлинни неутрони.

4.1.3 Други

Нанасянето на устойчиви на редкоземна радиация покрития върху танкове, кораби, убежища и друго военно оборудване може да има радиационно устойчив ефект.

4.2 Приложение в ядрените технологии

Редкоземният итриев (III) оксид може да се използва като горим абсорбер на ураново гориво в реактор с кипяща вода (BWR). Сред всички елементи, гадолиният има най-силната способност да абсорбира неутрони, с приблизително 4600 мишени на атом. Всеки естествен гадолиниев атом абсорбира средно 4 неутрона преди да се разпадне. Когато се смеси с делящ се уран, гадолиният може да насърчи горенето, да намали консумацията на уран и да увеличи производството на енергия. За разлика от борния карбид,Гадолиниев (III) оксидне произвежда деутерий, вреден страничен продукт. Може да се сравнява както с ураново гориво, така и с неговия материал за покритие в ядрена реакция. Предимството на използването на гадолиний вместо бор е, че гадолиният може да се смеси директно с уран, за да се предотврати разширяването на ядрения горивен прът. Според статистиката има 149 ядрени реактора, планирани да бъдат построени по света, 115 от които са реактори с вода под налягане, използващирядка земяh Гадолиниев (III) оксид.Редкоземен самарий,европий, и диспрозий са използвани като абсорбери на неутрони в реактори за размножаване на неутрони. Редкоземниитрийима малко напречно сечение на улавяне на неутрони и може да се използва като тръбен материал за реактори с разтопена сол. Тънкото фолио, добавено с гадолиний и диспрозий от редкоземни метали, може да се използва като детектор на неутронно поле в космическото и ядреното инженерство, малко количество редкоземен тулий и ербий може да се използва като целеви материал на неутронен генератор със запечатана тръба и редкоземни европиев оксид железен металокерамика може да се използва за направата на подобрена опорна плоча за контрол на реактора. Редкоземният гадолиний може също да се използва като добавка за покритие за предотвратяване на излъчването на неутронна бомба, а бронираните превозни средства, покрити със специално покритие, съдържащо гадолиниев оксид, могат да предотвратят неутронното излъчване. Редкоземният итербий се използва в оборудване за измерване на напрежението в земята, причинено от подземни ядрени експлозии. Когато редкоземният итербий е подложен на сила, съпротивлението се увеличава и промяната в съпротивлението може да се използва за изчисляване на приложеното налягане. Свързването на редкоземно гадолиниево фолио, отложено и преплетено с чувствителен към напрежение елемент, може да се използва за измерване на високо ядрено напрежение.

Приложение на 5 редкоземни постоянни магнитни материали в съвременната военна технология

Редкоземният постоянен магнитен материал, известен като новото поколение магнитен крал, в момента е най-високо всеобхватният известен постоянен магнитен материал. Тя има повече от 100 пъти по-високи магнитни свойства от магнитната стомана, използвана във военно оборудване през 70-те години. В момента той се е превърнал във важен материал в съвременната електронна технологична комуникация. Използва се в тръби с пътуваща вълна и циркулационни помпи в изкуствени земни спътници, радари и други аспекти. Следователно има важно военно значение.

Магнитите SmCo и магнитите NdFeB се използват за фокусиране на електронния лъч в системата за насочване на ракетата. Магнитите са основните устройства за фокусиране на електронния лъч, които предават данни към контролната повърхност на ракетата. Има приблизително 5-10 фунта (2,27-4,54 кг) магнити във всяко фокусиращо насочващо устройство на ракетата. В допълнение, редкоземните магнити се използват и за задвижване на двигатели и въртене на кормилото на управляемите ракети. Техните предимства са по-силен магнетизъм и по-малко тегло от оригиналните Al Ni Co магнити.

Приложение на редкоземни лазерни материали в съвременните военни технологии

Лазерът е нов тип източник на светлина, който има добра монохроматичност, насоченост и кохерентност и може да постигне висока яркост. Лазерните и редкоземните лазерни материали се раждат едновременно. Досега приблизително 90% от лазерните материали включват редкоземни елементи. Например кристалът итриев алуминиев гранат е широко използван лазер, който може да получи непрекъсната висока мощност при стайна температура. Приложението на твърдотелни лазери в съвременната армия включва следните аспекти.

6.1 Лазерно определяне на разстояние

Итриевият алуминиев гранат с добавка на неодим, разработен в Съединените щати, Великобритания, Франция, Германия и други страни, може да измерва разстояние от 4000 ~ 20 000 m с точност до 5 m. Оръжейните системи като американската MI, германската Leopard II, френската Lecler, японската Type 90, израелската Mekava и най-новият британски танк Challenger 2 използват този тип лазерен далекомер. Понастоящем някои страни разработват ново поколение твърдотелни лазерни далекомери за безопасност на човешкото око, с работни дължини на вълните, вариращи от 1,5 до 2,1 μM. Ръчният лазерен далекомер, разработен от Съединените щати и Обединеното кралство, използващ добавен холмий Итриевият литиево-флуориден лазер има работна лента от 2,06 μM, обхват до 3000 m. Съединените щати и Международната лазерна компания също съвместно използваха лазера с итриев литиев флуорид с добавка на ербий и разработиха лазерен далекомер с дължина на вълната от 1,73 μM и тежко оборудвани войски. Дължината на лазерната вълна на китайските военни далекомери е 1,06 μM, варираща от 200 до 7000 m. При изстрелването на ракети с голям обсег на действие, ракети и тестови комуникационни спътници, Китай получи важни данни за измерване на обхват чрез лазерен телевизионен теодолит.

6.2 Лазерно насочване

Лазерно управляваните бомби използват лазери за насочване на терминала. Целта се облъчва с Nd · YAG лазер, който излъчва десетки импулси в секунда. Импулсите са кодирани и светлинните импулси могат да направляват реакцията на ракетата, като по този начин предотвратяват смущения от изстрелване на ракети и препятствия, поставени от врага. Например американската военна бомба GBV-15 Glide, наречена "умна бомба". По същия начин може да се използва и за производство на лазерно направлявани черупки.

6.3 Лазерна комуникация

В допълнение към Nd · YAG може да се използва за лазерна комуникация, лазерният изход на литиев тетра неодимов (III) фосфатен кристал (LNP) е поляризиран и лесен за модулиране. Смята се за един от най-обещаващите микролазерни материали, подходящ за източник на светлина за комуникация с оптични влакна и се очаква да се прилага в интегрирана оптика и космическа комуникация. В допълнение монокристалът итриев железен гранат (Y3Fe5O12) може да се използва като различни устройства с магнитостатични повърхностни вълни чрез процес на микровълнова интеграция, което прави устройствата интегрирани и миниатюризирани и има специални приложения в радарно дистанционно управление и телеметрия, навигация и електронни противодействия.

Приложението на 7 редкоземни свръхпроводящи материали в съвременната военна технология

Когато температурата на даден материал е по-ниска от определена, възниква феноменът, че съпротивлението е нула, тоест свръхпроводимост. Температурата е критичната температура (Tc). Свръхпроводниците са антимагнити. Когато температурата е по-ниска от критичната температура, свръхпроводниците отблъскват всяко магнитно поле, което се опитва да приложи към тях. Това е така нареченият ефект на Майснер. Добавянето на редкоземни елементи към свръхпроводящи материали може значително да увеличи критичната температура Tc. Това значително насърчи разработването и приложението на свръхпроводящи материали. През 80-те години на миналия век Съединените щати, Япония и други развити страни последователно добавят известно количество лантан, итрий, европий, ербий и други редкоземни оксиди към съединенията на бариевия оксид и медния (II) оксид, които се смесват, пресоват и синтероват до образуват свръхпроводящи керамични материали, което прави широкото приложение на свръхпроводяща технология, особено във военни приложения, по-широкообхватно.

7.1 Свръхпроводящи интегрални схеми

През последните години чужди страни проведоха изследвания за приложението на свръхпроводяща технология в електронните компютри и разработиха свръхпроводящи интегрални схеми, използващи свръхпроводящи керамични материали. Ако тази интегрална схема се използва за производство на свръхпроводящи компютри, тя не само има малък размер, леко тегло и е удобна за използване, но също така има изчислителна скорост от 10 до 100 пъти по-бърза от полупроводниковите компютри