Примена ретких земних материјала у савременој војној техници

Примена одРетки земљани материјалс у савременој војној технологији

Као посебан функционални материјал, ретка земља, позната као „ризница“ нових материјала, може у великој мери да побољша квалитет и перформансе других производа, а позната је и као „витамин“ савремене индустрије. Не само да се широко користи у традиционалним индустријама као што су металургија, петрохемијска индустрија, стаклокерамика, предење вуне, кожа и пољопривреда, већ такође игра незаменљиву улогу у областима материјала као што су флуоресценција, магнетизам, ласер, оптичка комуникација, енергија складиштења водоника, суперпроводљивост, итд., То директно утиче на брзину и ниво развоја нових високотехнолошких индустрија као што су оптички инструменти, електроника, ваздухопловство, нуклеарна индустрија, итд. Ове технологије су успешно примењене у војној технологији, у великој мери промовишући развој савремене војне технологије.

Посебна улога коју имају нови материјали ретких земаља у савременој војној технологији привукла је широку пажњу влада и стручњака из различитих земаља, као што је то што су их релевантна одељења у свету навели као кључни елемент у развоју високотехнолошке индустрије и војне технологије. Сједињених Држава, Јапана и других земаља.

Кратак увод у ретке земље и њихов однос са војском и националном одбраном

Строго говорећи, сверетки земљани елементиимају одређене војне намене, али најкритичнија улога у националној одбрани и војним пољима треба да буде примена ласерског домета, ласерског навођења, ласерске комуникације и других области.

 Примена челика од ретке земље и нодуларног ливеног гвожђа у савременој војној технологији

 1.1 Примена челика од ретке земље у савременој војној технологији

Његове функције укључују пречишћавање, модификацију и легирање, углавном укључујући одсумпоравање, деоксидацију и уклањање гаса, елиминишући утицај штетних нечистоћа ниске тачке топљења, рафинацију зрна и структуре, утичући на тачку фазног прелаза челика и побољшавајући његову отврдљивост и механичка својства . Особље војне науке и технологије развило је многе материјале ретких земаља погодних за употребу у оружју користећи ово својство ретких земаља.

 1.1.1 Оклопни челик

 Већ раних 1960-их, кинеска индустрија оружја је започела истраживање о примени ретких земаља у оклопном челику и челику за топове, и сукцесивно производила реткоземни оклопни челик, као што су 601, 603 и 623, отварајући нову еру у којој су кључне сировине у кинеској производњи тенкова базирали су се на домаћем тржишту.

 1.1.2 Ретки угљенични челик

Средином 1960-их, Кина је додала 0,05% реткоземних елемената оригиналном висококвалитетном угљеничном челику за производњу угљеничног челика ретких земаља. Вредност бочног удара овог челика од ретке земље порасла је за 70% до 100% у поређењу са оригиналним угљеничним челиком, а вредност удара на -40 ℃ порасла је скоро два пута. Кертриџ великог пречника направљен од овог челика је кроз тестове гађања у стрељани доказано да у потпуности испуњава техничке захтеве. Тренутно је Кина завршена и пуштена у производњу, чиме је остварена дугогодишња жеља Кине да замени бакар челиком у материјалима за кертриџ.

 1.1.3 Реткоземни челик са високим садржајем мангана и ливени челик од ретке земље

Челик са високим садржајем мангана од ретких земаља користи се за производњу обуће за гусенице за тенкове, а челик од ретке земље се користи за производњу репних крила, кочнице и артиљеријских структурних делова брзе саботе за бацање оклопа, што може смањити поступке обраде, побољшати степен искоришћења челика, и постићи тактичко-техничке показатеље.

У прошлости, материјали коришћени за тела пројектила предње коморе у Кини били су направљени од полукрутог ливеног гвожђа са висококвалитетним сировим гвожђем који је додат 30% до 40% металног отпада. Због мале чврстоће, велике крхкости, малог и неоштрог броја ефективних фрагмената након експлозије и слабе убојне моћи, развој тела пројектила предње коморе је некада био отежан. Од 1963. године произведени су различити калибри минобацачких чаура од ретке земље нодуларног гвожђа, што је повећало њихова механичка својства за 1-2 пута, умножило број ефективних фрагмената и изоштрило оштрину фрагмената, знатно повећавши њихову моћ убијања. Ефективни број фрагмената и интензиван радијус убијања одређене врсте топовске чауре и гранате филдског пиштоља од овог материјала у Кини су нешто бољи од челичних чаура.

Примена обојених легура ретких земаља као што су магнезијум и алуминијум у савременој војној технологији

 Ретка земљаима високу хемијску активност и велики атомски радијус. Када се додаје обојеним металима и њиховим легурама, може да рафинише зрна, спречи сегрегацију, дегазацију, уклањање и пречишћавање нечистоћа и побољша металографску структуру, како би се постигла свеобухватна сврха побољшања механичких својстава, физичких својстава и својстава обраде. . Радници материјала у земљи и иностранству развили су нове легуре магнезијума ретких земаља, легуре алуминијума, легуре титанијума и суперлегуре користећи ово својство ретких земаља. Ови производи се широко користе у савременим војним технологијама као што су борбени авиони, јуришни авиони, хеликоптери, беспилотне летелице и ракетни сателити.

2.1 Легура магнезијума ретких земаља

Легуре магнезијума ретких земаљаимају високу специфичну снагу, могу смањити тежину авиона, побољшати тактичке перформансе и имати широке изгледе за примену. Легуре магнезијума ретких земаља које је развила Цхина Авиатион Индустри Цорпоратион (у даљем тексту АВИЦ) укључују приближно 10 разреда ливених легура магнезијума и деформисаних легура магнезијума, од којих су многе коришћене у производњи и имају стабилан квалитет. На пример, ливена легура магнезијума ЗМ 6 са неодимијумом ретких земних метала као главним додатком је проширена да би се користила за важне делове као што су задња редукциона кућишта хеликоптера, ребра крила ловаца и оловне потисне плоче ротора за генераторе од 30 кВ. Легура магнезијума високе чврстоће ретких земаља БМ 25 коју су заједнички развиле АВИЦ Цорпоратион и Нонферроус Металс Цорпоратион заменила је неке легуре алуминијума средње чврстоће и примењена је у ударним авионима.

2.2 Легура ретке земље титанијума

Почетком 1970-их, Пекиншки институт за ваздухопловне материјале (који се назива Институт за ваздухопловне материјале) заменио је нешто алуминијума и силицијума церијумом ретких земних метала (Це) у легурама Ти-А1-Мо титанијума, ограничавајући таложење крхких фаза и побољшавајући топлотну отпорност легуре уз истовремено побољшање њене термичке стабилности. На основу тога је развијена ливена легура титанијума високих перформанси ЗТ3 која садржи церијум. У поређењу са сличним међународним легурама, има одређене предности у погледу чврстоће отпорности на топлоту и перформанси процеса. Кућиште компресора произведено са њим се користи за мотор В ПИ3 ИИ, са смањењем тежине од 39 кг по авиону и повећањем односа потиска и тежине од 1,5%. Поред тога, смањењем корака обраде за око 30% постигнуте су значајне техничке и економске предности, попуњавајући празнину у употреби кућишта од ливеног титанијума за авионске моторе у Кини на 500 ℃. Истраживања су показала да у микроструктури легуре ЗТ3 која садржи церијум постоје мале честице церијум оксида. Церијум комбинује део кисеоника у легури да би формирао ватросталну и високу тврдоћуоксид ретке земљематеријал, Це2О3. Ове честице ометају кретање дислокација током процеса деформације легуре, побољшавајући перформансе легуре при високим температурама. Церијум хвата део гасних нечистоћа (нарочито на границама зрна), што може ојачати легуру уз одржавање добре термичке стабилности. Ово је први покушај да се примени теорија о тешком јачању тачке раствора у ливеним легурама титанијума. Поред тога, Институт за ваздухопловне материјале се развио стабилно и јефтиноИтријум(ИИИ) оксидпесак и прах кроз године истраживања и специјалне технологије третмана минерализације у процесу прецизног ливења раствора титанијумске легуре. Достигао је бољи ниво у погледу специфичне тежине, тврдоће и стабилности на титанијумску течност, и показао веће предности у подешавању и контроли перформанси љуске каше. Изузетна предност коришћењаИтријум(ИИИ) оксидљуска за производњу одливака од титанијума је да под условом да су квалитет ливења и ниво процеса еквивалентни процесу облагања волфрамом, могу се производити одливци од легура титанијума тањи од процеса облагања волфрамом. Тренутно, овај процес се широко користи у производњи разних авиона, мотора и цивилних одливака.

2.3 Легура алуминијума ретких земаља

Легура ливеног алуминијума отпорног на топлоту ХЗЛ206 коју је развио АВИЦ има супериорна механичка својства при високим температурама и собној температури у поређењу са страним легурама које садрже никл, и достигла је напредни ниво сличних легура у иностранству. Сада се користи као вентил отпоран на притисак за хеликоптере и борбене авионе са радном температуром од 300 ℃, замењујући легуре челика и титанијума. Структурна тежина је смањена и пуштена је у масовну производњу. Затезна чврстоћа ретке земље алуминијум-силицијум хипереутектичке легуре ЗЛ117 на 200-300 ℃ премашује ону западнонемачких легура клипова КС280 и КС282. Његова отпорност на хабање је 4-5 пута већа од уобичајених легура клипова ЗЛ108, са малим коефицијентом линеарне експанзије и добром димензионалном стабилношћу. Коришћен је у ваздухопловним додацима КИ-5, КИ-7 ваздушним компресорима и клиповима мотора за авионске моделе. Додавање реткоземних елемената алуминијумским легурама значајно побољшава микроструктуру и механичка својства. Механизам деловања реткоземних елемената у легурама алуминијума је: формирање дисперговане дистрибуције, при чему мала једињења алуминијума имају значајну улогу у јачању друге фазе; Додатак ретких земних елемената игра улогу дегазације катарзе, чиме се смањује број пора у легури и побољшава перформансе легуре; Једињења алуминијума ретких земаља служе као хетерогена језгра за пречишћавање зрна и еутектичких фаза, а такође су и модификатор; Елементи ретких земаља подстичу формирање и пречишћавање фаза богатих гвожђем, смањујући њихово штетно дејство. α— Количина гвожђа у чврстом раствору у А1 опада са повећањем додатка ретких земаља, што је такође корисно за побољшање чврстоће и пластичности.

Примена материјала за сагоревање ретких земаља у савременој војној технологији

3.1 Чисти метали ретких земаља

Чисти метали ретких земаља, због својих активних хемијских својстава, склони су да реагују са кисеоником, сумпором и азотом и формирају стабилна једињења. Када су подвргнуте интензивном трењу и удару, варнице могу запалити запаљиве супстанце. Стога је већ 1908. од њега направљен кремен. Утврђено је да међу 17 елемената ретких земаља, шест елемената, укључујући церијум, лантан, неодимијум, празеодимијум, самаријум и итријум, имају посебно добре ефекте паљења. Људи су правили разна запаљива оружја на основу својстава паљења ретких земних метала. На пример, амерички пројектил „Марк 82“ од 227 кг користи облоге од ретких земних метала, које не само да производе експлозивне ефекте убијања, већ и ефекте паљења. Америчка ракетна бојева глава ваздух-земља „дампинг ман“ опремљена је са 108 квадратних шипки од ретких земних метала као кошуљицама, замењујући неке префабриковане фрагменте. Статички тестови експлозије су показали да је његова способност да запали авионско гориво 44% већа од оне без облоге.

3.2 Мешани метали ретких земаља

Због високе цене чистогретки земни металс, јефтини композитни ретки земни метали се широко користе у оружју са сагоревањем у разним земљама. Композитно средство за сагоревање ретких земних метала се убацује у металну шкољку под високим притиском, са густином средства за сагоревање од (1,9~2,1) × 103 кг/м3, брзином сагоревања 1,3-1,5 м/с, пречником пламена од око 500 мм, и температура пламена до 1715-2000 ℃. Након сагоревања, ужарено тело остаје врело више од 5 минута. Током инвазије на Вијетнам, америчка војска је користила лансере за лансирање 40-милиметарске гранате за паљење, која је била испуњена запаљивом облогом од мешаног метала ретких земаља. Након што пројектил експлодира, сваки фрагмент са запаљивом облогом може запалити мету. У то време, месечна производња бомбе достигла је 200000 метака, са максимално 260000 метака.

3.3 Легуре ретких земаља сагоревањем

Легура ретке земље са сагоревањем тежине 100 г може да формира 200 ~ 3000 распаљивача, покривајући велику површину, што је еквивалентно полупречнику убијања муниције за пробијање оклопа и пројектила за пробијање оклопа. Стога је развој мултифункционалне муниције са снагом сагоревања постао један од главних праваца развоја муниције у земљи и иностранству. За оклопну муницију и оклопни пројектил, њихове тактичке перформансе захтевају да након пробијања оклопа непријатељског тенка могу да запале своје гориво и муницију како би потпуно уништили тенк. За гранате је потребно запалити војне залихе и стратешке објекте унутар њиховог домета. Извештава се да је пластични уређај за запаљење од ретких земних метала направљен у Маде ин УСА направљен од најлона ојачаног стакленим влакнима са унутрашњом патроном од мешавине легуре ретких земаља, која има бољи ефекат против авио горива и сличних циљева.

Примена ретких земних материјала у војној заштити и нуклеарној технологији

4.1 Примена у технологији војне заштите

Елементи ретких земаља имају својства отпорна на зрачење. Национални центар за попречни пресек неутрона Сједињених Држава направио је две врсте плоча дебљине 10 мм користећи полимерне материјале као основни материјал, са или без додатака реткоземних елемената, за тестове заштите од зрачења. Резултати показују да је ефекат топлотне заштите од неутрона полимерних материјала ретких земаља 5-6 пута бољи од ефеката полимерних материјала без ретких земаља. Међу њима, реткоземни материјали са См, Еу, Гд, Ди и другим елементима имају највећи пресек апсорпције неутрона и добар ефекат хватања неутрона. Тренутно, главне примене материјала за заштиту од зрачења ретких земаља у војној технологији укључују следеће аспекте.

4.1.1 Заштита од нуклеарног зрачења

Сједињене Државе користе 1% бора и 5% елемената ретких земаљагадолинијум, самаријумилантанда се направи бетон од 600 мм дебљине радијације за заштиту извора фисионих неутрона реактора у базену. Француска је развила материјал за заштиту од зрачења ретких земаља додавањем Борида, једињења ретких земаља или легуре ретких земаља графиту као основном материјалу. Пунило овог композитног заштитног материјала мора бити равномерно распоређено и направљено од префабрикованих делова, који се постављају око канала реактора у складу са различитим захтевима заштитног подручја.

4.1.2 Заштита резервоара од топлотног зрачења

Састоји се од четири слоја фурнира, укупне дебљине 5-20 цм. Први слој је направљен од пластике ојачане стакленим влакнима, са неорганским прахом који је додат са 2% једињења ретких земаља као пунила да блокира брзе неутроне и апсорбује споре неутроне; Други и трећи слој додају бор графит, полистирен и елементе ретких земаља који чине 10% укупног пунила у првом да блокирају неутроне средње енергије и апсорбују топлотне неутроне; Четврти слој користи графит уместо стаклених влакана и додаје 25% једињења ретких земаља да апсорбује топлотне неутроне.

4.1.3 Остало

Наношење премаза отпорних на зрачење ретких земаља на тенкове, бродове, склоништа и другу војну опрему може имати ефекат отпоран на зрачење.

4.2 Примена у нуклеарној технологији

Реткоземни итријум(ИИИ) оксид се може користити као запаљиви апсорбер уранијумског горива у реактору са кључалом водом (БВР). Међу свим елементима, гадолинијум има најјачу способност да апсорбује неутроне, са приближно 4600 мета по атому. Сваки природни атом гадолинијума апсорбује у просеку 4 неутрона пре квара. Када се помеша са фисионим уранијумом, гадолинијум може подстаћи сагоревање, смањити потрошњу уранијума и повећати излаз енергије. За разлику од карбида бора,Гадолинијум(ИИИ) оксидне производи деутеријум, штетан нуспроизвод. Може да одговара и уранијумском гориву и његовом материјалу за облагање у нуклеарној реакцији. Предност употребе гадолинијума уместо бора је у томе што се гадолинијум може директно мешати са уранијумом како би се спречило ширење штапа нуклеарног горива. Према статистикама, планирано је да се изгради 149 нуклеарних реактора широм света, од којих је 115 реактора са водом под притиском.ретко ухоh Гадолинијум(ИИИ) оксид.Самаријум ретке земље,еуропиум, а диспрозијум су коришћени као апсорбери неутрона у реакторима за размножавање неутрона. Ретка земљаитријумима мали попречни пресек хватања у неутронима и може се користити као материјал за цеви за реакторе са растопљеном соли. Танка фолија додата гадолинијумом и диспрозијумом ретких земаља може се користити као детектор неутронског поља у инжењерству ваздухопловства и нуклеарне индустрије, мала количина ретке земље тулијума и ербијума може се користити као циљни материјал неутронског генератора запечаћене цеви, а ретка земља европијум оксид гвожђе кермет се може користити за израду побољшане потпорне плоче за контролу реактора. Реткоземни гадолинијум се такође може користити као адитив за премазивање ради спречавања зрачења неутронске бомбе, а оклопна возила пресвучена посебним премазом који садржи гадолинијум оксид могу спречити неутронско зрачење. Ретки земни итербијум се користи у опреми за мерење напрезања тла изазваног подземним нуклеарним експлозијама. Када се реткоземни итербијум подвргне сили, отпор се повећава, а промена отпора се може користити за израчунавање примењеног притиска. Повезивање гадолинијумске фолије ретких земаља нанесене и испреплетене са елементом осетљивим на стрес може се користити за мерење високог нуклеарног стреса.

Примена 5 трајних магнетних материјала ретких земаља у савременој војној технологији

Материјал трајног магнета ретких земаља, познат као нова генерација магнетног краља, тренутно је најсвеобухватнији материјал за перманентни магнет који је познат. Има више од 100 пута већа магнетна својства од магнетног челика који се користио у војној опреми 1970-их. Тренутно је постао важан материјал у комуникацији савремене електронске технологије. Користи се у цевима са путујућим таласима и циркулаторима у вештачким земаљским сателитима, радарима и другим аспектима. Због тога има важан војни значај.

СмЦо магнети и НдФеБ магнети се користе за фокусирање електронског снопа у систему за навођење пројектила. Магнети су главни уређаји за фокусирање електронског снопа, који преносе податке на контролну површину ракете. У сваком уређају за фокусирање пројектила налази се отприлике 5-10 фунти (2,27-4,54 кг) магнета. Поред тога, магнети ретких земаља се такође користе за погон мотора и ротацију кормила кормила авиона навођених пројектила. Њихове предности су јачи магнетизам и мања тежина од оригиналних Ал Ни Цо магнета.

Примена ласерских материјала ретких земаља у савременој војној техници

Ласер је нова врста извора светлости која има добру монохроматичност, усмереност и кохерентност и може постићи високу осветљеност. Ласерски и ласерски материјали ретких земаља су рођени истовремено. До сада, отприлике 90% ласерских материјала укључује ретке земље. На пример, итријум алуминијумски гранат кристал је широко коришћен ласер који може да добије континуирану велику излазну снагу на собној температури. Примена солид-стате ласера ​​у савременој војсци укључује следеће аспекте.

6.1 Ласерско дометање

Итријум алуминијум гранат са неодимијумом који је развијен у Сједињеним Државама, Британији, Француској, Немачкој и другим земљама може мерити растојање од 4000 ~ 20000 м са тачношћу од 5 м. Системи наоружања као што су амерички МИ, немачки Леопард ИИ, француски Лецлер, јапански Типе 90, израелски Мекава и најновији британски тенк Цхалленгер 2 користе овај тип ласерског даљиномера. Тренутно, неке земље развијају нову генерацију ласерских даљиномера у чврстом стању за безбедност људског ока, са радним таласним дужинама у распону од 1,5 до 2,1 μМ. Ручни ласерски даљиномер који су развиле Сједињене Државе и Уједињено Краљевство користећи допирану холмијумом Итријум литијум флуорид ласер има радни опсег од 2,06 μМ, у распону до 3000 м. Сједињене Државе и Међународна ласерска компанија су такође заједно користиле итријум литијум флуоридни ласер допиран ербијумом и развиле ласерски даљиномер таласне дужине од 1,73 μМ и тешко опремљене трупе. Таласна дужина ласера ​​кинеских војних даљиномера је 1,06 μМ, у распону од 200 до 7000 м. У лансирању ракета дугог домета, пројектила и тестних комуникационих сателита, Кина је добила важне податке у мерењу домета путем ласерске ТВ теодолита.

6.2 Ласерско навођење

Ласерски вођене бомбе користе ласере за терминално навођење. Циљ је озрачен Нд · ИАГ ласером који емитује десетине импулса у секунди. Импулси су кодирани, а светлосни импулси могу да усмере одговор ракете, чиме се спречавају сметње од лансирања ракете и препреке које поставља непријатељ. На пример, америчка војна бомба ГБВ-15 Глиде названа је "паметна бомба". Слично, може се користити и за производњу ласерски вођених шкољки.

6.3 Ласерска комуникација

Поред Нд · ИАГ се може користити за ласерску комуникацију, ласерски излаз литијум тетра неодимијум(ИИИ) фосфатног кристала (ЛНП) је поларизован и лак за модулацију. Сматра се једним од најперспективнијих микро ласерских материјала, погодним за извор светлости комуникације оптичким влакнима, а очекује се да ће се применити у интегрисаној оптици и свемирској комуникацији. Поред тога, монокристал итријум гвозденог граната (И3Фе5О12) може се користити као различити магнетостатски уређаји за површинске таласе процесом микроталасне интеграције, што чини уређаје интегрисаним и минијатуризованим, и има посебне примене у радарском даљинском управљању и телеметрији, навигацији и електронским противмерама.

Примена 7 суперпроводних материјала ретких земаља у савременој војној технологији

Када је материјал нижи од одређене температуре, јавља се феномен да је отпор нула, односно суперпроводљивост. Температура је критична температура (Тц). Суперпроводници су антимагнети. Када је температура нижа од критичне температуре, суперпроводници одбијају свако магнетно поље које покушава да се примени на њих. Ово је такозвани Мајснеров ефекат. Додавање реткоземних елемената у суправодљиве материјале може у великој мери повећати критичну температуру Тц. Ово је у великој мери подстакло развој и примену суправодљивих материјала. Осамдесетих година прошлог века, Сједињене Државе, Јапан и друге развијене земље сукцесивно су додавале одређену количину лантан, итријум, европијум, ербијум и друге оксиде ретких земаља једињењима баријум оксида и бакар(ИИ) оксида, који су мешани, пресовани и синтеровани да би формирају суправодљиве керамичке материјале, чинећи екстензивну примену суперпроводне технологије, посебно у војним применама, опсежнијом.

7.1 Суперпроводна интегрисана кола

Последњих година, стране земље су спровеле истраживања о примени суперпроводне технологије у електронским рачунарима и развиле суправодљива интегрисана кола користећи суправодљиве керамичке материјале. Ако се ово интегрисано коло користи за производњу суперпроводних рачунара, оно не само да има малу величину, малу тежину и погодно је за употребу, већ има и брзину рачунара 10 до 100 пута брже од полупроводничких рачунара