การประยุกต์วัสดุหายากในเทคโนโลยีการทหารสมัยใหม่

การประยุกต์ใช้ของวัสดุของโลกที่หายากในเทคโนโลยีการทหารสมัยใหม่

แรร์เอิร์ธซึ่งเป็นที่รู้จักในนาม "คลังสมบัติ" ของวัสดุใหม่ในฐานะวัสดุที่ใช้งานได้พิเศษ สามารถปรับปรุงคุณภาพและประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์อื่นๆ ได้อย่างมาก และเป็นที่รู้จักในนาม "วิตามิน" ของอุตสาหกรรมสมัยใหม่ ไม่เพียงแต่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมแบบดั้งเดิม เช่น โลหะวิทยา อุตสาหกรรมปิโตรเคมี แก้วเซรามิค การปั่นด้ายขนสัตว์ หนัง และการเกษตร แต่ยังมีบทบาทที่ขาดไม่ได้ในด้านวัสดุ เช่น การเรืองแสง แม่เหล็ก เลเซอร์ การสื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติก พลังงานกักเก็บไฮโดรเจน ความเป็นตัวนำยิ่งยวด ฯลฯ ส่งผลโดยตรงต่อความเร็วและระดับการพัฒนาของอุตสาหกรรมไฮเทคเกิดใหม่ เช่น อุปกรณ์เกี่ยวกับแสง อิเล็กทรอนิกส์ การบินและอวกาศ อุตสาหกรรมนิวเคลียร์ เป็นต้น เทคโนโลยีเหล่านี้ถูกนำไปใช้ในเทคโนโลยีทางทหารอย่างประสบความสำเร็จอย่างมาก ส่งเสริมการพัฒนาเทคโนโลยีทางการทหารสมัยใหม่

บทบาทพิเศษที่แสดงโดยวัสดุใหม่ของธาตุหายากในเทคโนโลยีการทหารสมัยใหม่ได้ดึงดูดความสนใจของรัฐบาลและผู้เชี่ยวชาญจากหลายประเทศอย่างกว้างขวาง เช่น การถูกระบุว่าเป็นองค์ประกอบสำคัญในการพัฒนาอุตสาหกรรมเทคโนโลยีขั้นสูงและเทคโนโลยีทางทหารโดยหน่วยงานที่เกี่ยวข้องใน สหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น และประเทศอื่นๆ

บทนำโดยย่อเกี่ยวกับโลกที่หายากและความสัมพันธ์ของพวกมันกับการทหารและการป้องกันประเทศ

พูดอย่างเคร่งครัดทั้งหมดธาตุหายากมีการใช้ประโยชน์ทางทหารบางอย่าง แต่บทบาทที่สำคัญที่สุดในการป้องกันประเทศและการทหารควรเป็นการประยุกต์ใช้ระยะเลเซอร์ การนำเลเซอร์ การสื่อสารด้วยเลเซอร์ และสาขาอื่น ๆ

 การประยุกต์เหล็กหายากและเหล็กหล่อก้อนกลมในเทคโนโลยีการทหารสมัยใหม่

 1.1 การประยุกต์เหล็กหายากในเทคโนโลยีการทหารสมัยใหม่

ฟังก์ชั่นของมันรวมถึงการทำให้บริสุทธิ์ การดัดแปลง และการผสม โดยส่วนใหญ่รวมถึงการกำจัดซัลเฟอร์ไรเซชัน การกำจัดออกซิเดชัน และการกำจัดก๊าซ กำจัดอิทธิพลของสิ่งเจือปนที่เป็นอันตรายที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ การกลั่นเมล็ดพืชและโครงสร้าง ส่งผลกระทบต่อจุดเปลี่ยนเฟสของเหล็ก และปรับปรุงความสามารถในการชุบแข็งและคุณสมบัติทางกล . บุคลากรด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีทางการทหารได้พัฒนาวัสดุโลหะหายากจำนวนมากที่เหมาะสำหรับใช้ในอาวุธโดยใช้คุณสมบัติของธาตุหายากนี้

 1.1.1 เหล็กเกราะ

 ในช่วงต้นทศวรรษ 1960 อุตสาหกรรมอาวุธของจีนเริ่มวิจัยเกี่ยวกับการใช้ธาตุหายากในเหล็กเกราะและเหล็กกล้าปืน และผลิตเหล็กเกราะโลหะหายากอย่างต่อเนื่อง เช่น 601, 603 และ 623 ซึ่งถือเป็นการเปิดศักราชใหม่ที่วัตถุดิบหลัก ในการผลิตรถถังของจีนนั้นมีพื้นฐานอยู่ในประเทศ

 1.1.2 เหล็กกล้าคาร์บอนหายาก

ในช่วงกลางทศวรรษ 1960 จีนได้เพิ่มธาตุหายาก 0.05% ให้กับเหล็กกล้าคาร์บอนคุณภาพสูงดั้งเดิมเพื่อผลิตเหล็กกล้าคาร์บอนหายาก ค่าผลกระทบด้านข้างของเหล็กกล้าหายากนี้เพิ่มขึ้น 70% ถึง 100% เมื่อเทียบกับเหล็กกล้าคาร์บอนเดิม และค่าผลกระทบที่ -40 ℃ เพิ่มขึ้นเกือบสองเท่า ตลับกระสุนเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ที่ทำจากเหล็กนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วผ่านการทดสอบการยิงในสนามยิงปืนว่าตรงตามข้อกำหนดทางเทคนิคอย่างครบถ้วน ปัจจุบัน จีนได้รับการสรุปและนำเข้าสู่การผลิต ซึ่งบรรลุความปรารถนาอันยาวนานของจีนที่จะเปลี่ยนทองแดงเป็นเหล็กในวัสดุตลับ

 1.1.3 เหล็กกล้าแมงกานีสสูงที่หายากและเหล็กหล่อที่หายาก

เหล็กแมงกานีสสูงของธาตุหายากใช้ในการผลิตรองเท้าติดตามรถถัง และเหล็กหล่อของธาตุหายากใช้ในการผลิตปีกหาง เบรกปากกระบอกปืน และชิ้นส่วนโครงสร้างปืนใหญ่ของ sabot เจาะเกราะความเร็วสูง ซึ่งสามารถลดขั้นตอนการประมวลผลได้ ปรับปรุงอัตราการใช้เหล็กและบรรลุตัวชี้วัดทางยุทธวิธีและทางเทคนิค

ในอดีต วัสดุที่ใช้สำหรับตัวกระสุนปืนห้องด้านหน้าในประเทศจีนทำจากเหล็กหล่อกึ่งแข็งพร้อมเหล็กพิกคุณภาพสูงที่เติมเศษเหล็ก 30% ถึง 40% เนื่องจากความแข็งแรงต่ำ ความเปราะบางสูง จำนวนชิ้นส่วนที่มีประสิทธิภาพต่ำและไม่คมหลังการระเบิด และพลังการฆ่าที่อ่อนแอ การพัฒนาตัวกระสุนปืนด้านหน้าจึงถูกขัดขวางครั้งหนึ่ง ตั้งแต่ปี 1963 เป็นต้นมา กระสุนปืนครกหลายขนาดได้ถูกผลิตขึ้นโดยใช้เหล็กดัดเหนียวหายาก ซึ่งมีคุณสมบัติทางกลเพิ่มขึ้น 1-2 เท่า เพิ่มจำนวนชิ้นส่วนที่มีประสิทธิภาพ และเพิ่มความคมชัดของชิ้นส่วน ซึ่งช่วยเพิ่มพลังการฆ่าพวกมันได้อย่างมาก จำนวนชิ้นส่วนที่มีประสิทธิภาพและรัศมีการทำลายล้างของกระสุนปืนใหญ่และกระสุนปืนสนามบางประเภทที่ทำจากวัสดุนี้ในประเทศจีนนั้นดีกว่ากระสุนเหล็กเล็กน้อย

การใช้โลหะผสมหายากที่ไม่ใช่เหล็ก เช่น แมกนีเซียมและอลูมิเนียม ในเทคโนโลยีทางการทหารสมัยใหม่

 แผ่นดินหายากมีฤทธิ์ทางเคมีสูงและมีรัศมีอะตอมสูง เมื่อเติมลงในโลหะที่ไม่ใช่เหล็กและโลหะผสม จะสามารถปรับเกรน ป้องกันการแยกตัว การแยกก๊าซ การกำจัดสิ่งเจือปนและการทำให้บริสุทธิ์ และปรับปรุงโครงสร้างทางโลหะวิทยา เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ที่ครอบคลุมในการปรับปรุงคุณสมบัติทางกล คุณสมบัติทางกายภาพ และคุณสมบัติการประมวลผล . คนงานด้านวัสดุทั้งในและต่างประเทศได้พัฒนาโลหะผสมแมกนีเซียมธาตุหายาก อลูมิเนียมอัลลอยด์ โลหะผสมไทเทเนียม และซูเปอร์อัลลอยโดยใช้คุณสมบัติของธาตุหายากนี้ ผลิตภัณฑ์เหล่านี้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีทางทหารสมัยใหม่ เช่น เครื่องบินรบ เครื่องบินโจมตี เฮลิคอปเตอร์ ยานพาหนะทางอากาศไร้คนขับ และดาวเทียมขีปนาวุธ

2.1 แมกนีเซียมอัลลอยด์ที่หายาก

โลหะผสมแมกนีเซียมธาตุหายากมีความแข็งแกร่งจำเพาะสูง สามารถลดน้ำหนักเครื่องบินได้ ปรับปรุงประสิทธิภาพทางยุทธวิธี และมีแนวโน้มการใช้งานในวงกว้าง โลหะผสมแมกนีเซียมธาตุหายากที่พัฒนาโดย China Aviation Industry Corporation (ต่อไปนี้จะเรียกว่า AVIC) ประกอบด้วยโลหะผสมแมกนีเซียมหล่อประมาณ 10 เกรดและโลหะผสมแมกนีเซียมที่มีรูปร่างผิดปกติ ซึ่งหลายเกรดได้ถูกนำมาใช้ในการผลิตและมีคุณภาพคงที่ ตัวอย่างเช่น โลหะผสมแมกนีเซียมหล่อ ZM 6 ที่มีนีโอไดเมียมโลหะหายากเป็นสารเติมแต่งหลักได้ถูกขยายเพื่อใช้สำหรับชิ้นส่วนที่สำคัญ เช่น ท่อลดส่วนท้ายเฮลิคอปเตอร์ โครงปีกเครื่องบินรบ และแผ่นแรงดันตะกั่วโรเตอร์สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาด 30 กิโลวัตต์ แมกนีเซียมอัลลอยด์ที่มีความแข็งแรงสูงของธาตุหายาก BM 25 ที่พัฒนาร่วมกันโดย AVIC Corporation และ Nonferrous Metals Corporation ได้เข้ามาแทนที่โลหะผสมอลูมิเนียมที่มีความแข็งแรงปานกลางบางชนิด และได้ถูกนำไปใช้กับเครื่องบินกระแทก

2.2 โลหะผสมไทเทเนียมธาตุหายาก

ในช่วงต้นทศวรรษ 1970 สถาบันวัสดุการบินแห่งปักกิ่ง (หรือเรียกว่าสถาบันวัสดุการบิน) ได้เปลี่ยนอลูมิเนียมและซิลิคอนบางชนิดด้วยซีเรียมโลหะธาตุหายาก (Ce) ในโลหะผสมไทเทเนียม Ti-A1-Mo ซึ่งจำกัดการตกตะกอนของเฟสที่เปราะและ ปรับปรุงความต้านทานความร้อนของโลหะผสมในขณะเดียวกันก็ปรับปรุงเสถียรภาพทางความร้อนด้วย บนพื้นฐานนี้ ได้มีการพัฒนาโลหะผสมไทเทเนียมอุณหภูมิสูงหล่อประสิทธิภาพสูง ZT3 ที่ประกอบด้วยซีเรียม เมื่อเปรียบเทียบกับโลหะผสมระหว่างประเทศที่คล้ายคลึงกัน มีข้อได้เปรียบบางประการในแง่ของความต้านทานความร้อนและประสิทธิภาพของกระบวนการ เคสคอมเพรสเซอร์ที่ผลิตขึ้นนั้นใช้สำหรับเครื่องยนต์ W PI3 II โดยมีน้ำหนักลดลง 39 กก. ต่อเครื่องบินและอัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนักเพิ่มขึ้น 1.5% นอกจากนี้ การลดขั้นตอนการประมวลผลลงประมาณ 30% ยังก่อให้เกิดประโยชน์ทางเทคนิคและเศรษฐกิจที่สำคัญ ซึ่งช่วยเติมเต็มช่องว่างในการใช้ปลอกไทเทเนียมหล่อสำหรับเครื่องยนต์การบินในประเทศจีนที่อุณหภูมิ 500 ℃ การวิจัยแสดงให้เห็นว่ามีอนุภาคซีเรียมออกไซด์ขนาดเล็กในโครงสร้างจุลภาคของโลหะผสม ZT3 ที่ประกอบด้วยซีเรียม ซีเรียมรวมส่วนหนึ่งของออกซิเจนในโลหะผสมเพื่อสร้างวัสดุทนไฟและมีความแข็งสูงออกไซด์ของธาตุหายากวัสดุ Ce2O3 อนุภาคเหล่านี้จะขัดขวางการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่ระหว่างกระบวนการเปลี่ยนรูปของโลหะผสม ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูงของโลหะผสม ซีเรียมจับส่วนหนึ่งของก๊าซเจือปน (โดยเฉพาะที่ขอบเขตของเมล็ดพืช) ซึ่งอาจเสริมความแข็งแกร่งให้กับโลหะผสมในขณะที่ยังคงรักษาเสถียรภาพทางความร้อนได้ดี นี่เป็นความพยายามครั้งแรกที่จะใช้ทฤษฎีการเสริมจุดตัวละลายที่ยากในโลหะผสมไทเทเนียมที่หล่อ นอกจากนี้สถาบันวัสดุการบินยังได้พัฒนาให้มีความมั่นคงและราคาถูกอิตเทรียม (III) ออกไซด์ทรายและผงผ่านการวิจัยหลายปีและเทคโนโลยีการบำบัดแร่แบบพิเศษในกระบวนการหล่อด้วยความแม่นยำของสารละลายโลหะผสมไทเทเนียม ถึงระดับที่ดีขึ้นในแง่ของความถ่วงจำเพาะ ความแข็ง และความเสถียรของของเหลวไทเทเนียม และแสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบที่มากขึ้นในการปรับและควบคุมประสิทธิภาพของสารละลายเปลือก ข้อได้เปรียบที่โดดเด่นของการใช้อิตเทรียม (III) ออกไซด์เปลือกเพื่อผลิตการหล่อไทเทเนียมคือภายใต้เงื่อนไขที่คุณภาพการหล่อและระดับกระบวนการเทียบเท่ากับกระบวนการเคลือบทังสเตน จะสามารถผลิตการหล่อโลหะผสมไทเทเนียมที่บางกว่ากระบวนการเคลือบทังสเตนได้ ปัจจุบันกระบวนการนี้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตเครื่องบิน เครื่องยนต์ และการหล่อพลเรือนต่างๆ

2.3 อลูมิเนียมอัลลอยด์ที่หายาก

อลูมิเนียมหล่อทนความร้อน HZL206 ที่พัฒนาโดย AVIC มีคุณสมบัติทางกลที่อุณหภูมิสูงและอุณหภูมิห้องที่เหนือกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับโลหะผสมจากต่างประเทศที่มีนิกเกิล และได้ก้าวไปสู่ระดับขั้นสูงของโลหะผสมที่คล้ายคลึงกันในต่างประเทศ ปัจจุบันใช้เป็นวาล์วทนแรงดันสำหรับเฮลิคอปเตอร์และเครื่องบินรบที่มีอุณหภูมิการทำงาน 300 ℃ แทนที่เหล็กกล้าและโลหะผสมไทเทเนียม น้ำหนักโครงสร้างลดลงและถูกนำไปผลิตเป็นจำนวนมาก ความต้านทานแรงดึงของโลหะผสมอะลูมิเนียมซิลิกอนไฮเปอร์ยูเทคติก ZL117 ที่หายากที่ 200-300 ℃ สูงกว่าโลหะผสมลูกสูบของเยอรมันตะวันตก KS280 และ KS282 ความต้านทานการสึกหรอสูงกว่าโลหะผสมลูกสูบ ZL108 ที่ใช้กันทั่วไปถึง 4-5 เท่า โดยมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นเล็กน้อยและความเสถียรของขนาดที่ดี มันถูกใช้ในอุปกรณ์เสริมการบิน KY-5, เครื่องอัดอากาศ KY-7 และลูกสูบเครื่องยนต์โมเดลการบิน การเพิ่มธาตุหายากลงในโลหะผสมอลูมิเนียมช่วยปรับปรุงโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกลได้อย่างมาก กลไกการออกฤทธิ์ของธาตุหายากในอะลูมิเนียมอัลลอยด์คือ การก่อตัวของการกระจายตัว โดยสารประกอบอะลูมิเนียมขนาดเล็กมีบทบาทสำคัญในการเสริมความแข็งแกร่งให้กับระยะที่สอง การเพิ่มธาตุหายากมีบทบาทในการกำจัดก๊าซ Catharsis ซึ่งจะช่วยลดจำนวนรูพรุนในโลหะผสมและปรับปรุงประสิทธิภาพของโลหะผสม สารประกอบอะลูมิเนียมจากธาตุหายากทำหน้าที่เป็นนิวเคลียสที่ต่างกันเพื่อปรับแต่งเมล็ดข้าวและเฟสยูเทคติก และยังเป็นตัวดัดแปลงอีกด้วย ธาตุหายากส่งเสริมการก่อตัวและการปรับแต่งเฟสที่อุดมด้วยธาตุเหล็ก และลดผลกระทบที่เป็นอันตราย α— ปริมาณสารละลายของแข็งของเหล็กใน A1 จะลดลงตามการเพิ่มขึ้นของธาตุหายาก ซึ่งยังเป็นประโยชน์ในการปรับปรุงความแข็งแรงและความเป็นพลาสติกอีกด้วย

การประยุกต์วัสดุเผาไหม้จากธาตุหายากในเทคโนโลยีการทหารสมัยใหม่

3.1 โลหะแร่หายากบริสุทธิ์

เนื่องจากคุณสมบัติทางเคมีที่ใช้งานได้ โลหะหายากของโลกจึงมีแนวโน้มที่จะทำปฏิกิริยากับออกซิเจน ซัลเฟอร์ และไนโตรเจนเพื่อสร้างสารประกอบที่เสถียร เมื่ออยู่ภายใต้การเสียดสีและการกระแทกที่รุนแรง ประกายไฟสามารถจุดติดสารไวไฟได้ ดังนั้นในปี 1908 จึงมีการสร้างหินเหล็กไฟขึ้น พบว่าในบรรดาธาตุหายาก 17 ชนิด ธาตุ 6 ชนิด รวมถึงซีเรียม แลนทานัม นีโอไดเมียม พราซีโอดิเมียม ซาแมเรียม และอิตเทรียม มีประสิทธิภาพในการลอบวางเพลิงที่ดีเป็นพิเศษ ผู้คนได้สร้างอาวุธเพลิงหลากหลายชนิดโดยอาศัยคุณสมบัติการลอบวางเพลิงของโลหะหายาก ตัวอย่างเช่น ขีปนาวุธ "Mark 82" ของอเมริกาที่หนัก 227 กิโลกรัมนั้นใช้แผ่นโลหะหายากซึ่งไม่เพียงแต่สร้างเอฟเฟกต์การสังหารด้วยระเบิดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเอฟเฟกต์การลอบวางเพลิงด้วย หัวรบจรวดแบบ "Damping Man" แบบอากาศสู่พื้นของสหรัฐฯ ติดตั้งแท่งโลหะสี่เหลี่ยมหายากจำนวน 108 แท่งเป็นปลอกกระสุน แทนที่ชิ้นส่วนสำเร็จรูปบางส่วน การทดสอบการระเบิดแบบสถิตแสดงให้เห็นว่าความสามารถในการจุดระเบิดเชื้อเพลิงการบินนั้นสูงกว่าเชื้อเพลิงแบบไม่มีซับในถึง 44%

3.2 โลหะแรร์เอิร์ธผสม

เนื่องจากราคาบริสุทธิ์สูงโลหะธาตุหายากโลหะหายากคอมโพสิตที่มีต้นทุนต่ำถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอาวุธเผาไหม้ในประเทศต่างๆ สารเผาไหม้โลหะหายากแบบผสมถูกบรรจุลงในเปลือกโลหะภายใต้แรงดันสูง โดยมีความหนาแน่นของสารเผาไหม้ (1.9~2.1) × 103 กก./ลบ.ม. ความเร็วการเผาไหม้ 1.3-1.5 ม./วินาที เส้นผ่านศูนย์กลางเปลวไฟประมาณ 500 มม. และอุณหภูมิเปลวไฟสูงถึง 1715-2000 ℃ หลังจากการเผาไหม้ ตัวหลอดจะยังคงร้อนนานกว่า 5 นาที ในระหว่างการรุกรานเวียดนาม กองทัพสหรัฐฯ ใช้เครื่องยิงเพื่อยิงระเบิดมือวางเพลิงขนาด 40 มม. ซึ่งเต็มไปด้วยซับจุดระเบิดที่ทำจากโลหะหายากผสม หลังจากที่กระสุนปืนระเบิด แต่ละชิ้นส่วนที่มีซับในที่ติดไฟสามารถติดไฟเป้าหมายได้ ในเวลานั้นการผลิตระเบิดต่อเดือนสูงถึง 200,000 รอบ สูงสุด 260,000 รอบ

3.3 โลหะผสมจากการเผาไหม้ของธาตุหายาก

โลหะผสมการเผาไหม้ของธาตุหายากที่มีน้ำหนัก 100 กรัมสามารถสร้างจุดไฟได้ 200~3,000 จุด ครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่ ซึ่งเทียบเท่ากับรัศมีการทำลายของกระสุนเจาะเกราะและกระสุนเจาะเกราะ ดังนั้นการพัฒนากระสุนอเนกประสงค์ที่มีพลังการเผาไหม้จึงกลายเป็นหนึ่งในทิศทางหลักของการพัฒนากระสุนทั้งในและต่างประเทศ สำหรับกระสุนเจาะเกราะและกระสุนเจาะเกราะ ประสิทธิภาพทางยุทธวิธีของพวกมันต้องการว่าหลังจากเจาะเกราะของรถถังศัตรูแล้ว พวกมันสามารถจุดเชื้อเพลิงและกระสุนเพื่อทำลายรถถังให้หมดได้ สำหรับระเบิด จำเป็นต้องจุดเสบียงทางทหารและสิ่งอำนวยความสะดวกทางยุทธศาสตร์ภายในระยะสังหาร มีรายงานว่าอุปกรณ์ก่อเพลิงโลหะโลหะหายากที่ผลิตใน Made in USA ทำจากไนลอนเสริมใยแก้ว โดยมีตลับโลหะผสมโลหะหายากผสมอยู่ด้านใน ซึ่งมีผลดีกว่ากับเชื้อเพลิงการบินและเป้าหมายที่คล้ายกัน

การประยุกต์วัสดุหายากในการปกป้องทางทหารและเทคโนโลยีนิวเคลียร์

4.1 การประยุกต์เทคโนโลยีการคุ้มครองทางทหาร

ธาตุหายากมีคุณสมบัติต้านทานรังสี ศูนย์หน้าตัดนิวตรอนแห่งชาติของสหรัฐอเมริกาได้ทำแผ่นเพลตสองชนิดที่มีความหนา 10 มม. โดยใช้วัสดุโพลีเมอร์เป็นวัสดุฐาน โดยจะมีหรือไม่มีการเติมธาตุหายากเพื่อทดสอบการป้องกันรังสี ผลการวิจัยพบว่าผลการป้องกันนิวตรอนความร้อนของวัสดุโพลีเมอร์ของธาตุหายากนั้นดีกว่าวัสดุโพลีเมอร์ที่ปราศจากธาตุหายากถึง 5-6 เท่า ในบรรดาวัสดุเหล่านี้ วัสดุหายากที่มี Sm, Eu, Gd, Dy และองค์ประกอบอื่นๆ มีส่วนตัดขวางการดูดซับนิวตรอนที่ใหญ่ที่สุด และมีผลในการจับนิวตรอนที่ดี ในปัจจุบัน การใช้งานหลักของวัสดุป้องกันรังสีของธาตุหายากในเทคโนโลยีทางทหารมีดังนี้

4.1.1 การป้องกันรังสีนิวเคลียร์

สหรัฐอเมริกาใช้ธาตุโบรอน 1% และธาตุหายาก 5%แกโดลิเนียม, ซาแมเรียมและแลนทานัมเพื่อสร้างคอนกรีตกันรังสีหนา 600 มม. เพื่อป้องกันแหล่งกำเนิดนิวตรอนฟิชชันของเครื่องปฏิกรณ์สระว่ายน้ำ ฝรั่งเศสพัฒนาวัสดุป้องกันรังสีของธาตุหายากโดยการเติม Boride สารประกอบของธาตุหายาก หรือโลหะผสมของธาตุหายากลงในกราไฟท์เป็นวัสดุฐาน ตัวเติมของวัสดุป้องกันคอมโพสิตนี้จำเป็นต้องกระจายอย่างเท่าเทียมกันและทำเป็นชิ้นส่วนสำเร็จรูป ซึ่งจะถูกวางไว้รอบๆ ช่องเครื่องปฏิกรณ์ตามความต้องการที่แตกต่างกันของพื้นที่ป้องกัน

4.1.2 ถังป้องกันรังสีความร้อน

ประกอบด้วยแผ่นไม้อัด 4 ชั้น ความหนารวม 5-20 ซม. ชั้นแรกทำจากพลาสติกเสริมใยแก้ว โดยมีผงอนินทรีย์เติมด้วยสารประกอบแรร์เอิร์ธ 2% เป็นสารตัวเติมเพื่อบล็อกนิวตรอนเร็วและดูดซับนิวตรอนช้า ชั้นที่สองและสามจะเพิ่มธาตุโบรอนกราไฟท์ โพลีสไตรีน และธาตุหายากซึ่งคิดเป็น 10% ของสารตัวเติมทั้งหมดในชั้นแรกเพื่อปิดกั้นนิวตรอนพลังงานขั้นกลางและดูดซับนิวตรอนความร้อน ชั้นที่สี่ใช้กราไฟท์แทนใยแก้ว และเพิ่มสารประกอบแรร์เอิร์ธ 25% เพื่อดูดซับนิวตรอนความร้อน

4.1.3 อื่นๆ

การใช้สารเคลือบป้องกันรังสีของธาตุหายากกับรถถัง เรือ ที่พักอาศัย และอุปกรณ์ทางทหารอื่น ๆ อาจมีฤทธิ์ในการต้านทานรังสีได้

4.2 การประยุกต์เทคโนโลยีนิวเคลียร์

อิตเทรียม (III) ออกไซด์ของธาตุหายากสามารถใช้เป็นตัวดูดซับเชื้อเพลิงยูเรเนียมที่ติดไฟได้ในเครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือด (BWR) ในบรรดาองค์ประกอบทั้งหมด แกโดลิเนียมมีความสามารถในการดูดซับนิวตรอนได้ดีที่สุด โดยมีเป้าหมายประมาณ 4,600 เป้าหมายต่ออะตอม อะตอมแกโดลิเนียมตามธรรมชาติแต่ละอะตอมจะดูดซับนิวตรอนเฉลี่ย 4 นิวตรอนก่อนที่จะเกิดความล้มเหลว เมื่อผสมกับยูเรเนียมที่ฟิชชันได้ แกโดลิเนียมสามารถส่งเสริมการเผาไหม้ ลดการใช้ยูเรเนียม และเพิ่มผลผลิตพลังงาน ต่างจากโบรอนคาร์ไบด์แกโดลิเนียม (III) ออกไซด์ไม่ก่อให้เกิดดิวเทอเรียมซึ่งเป็นผลพลอยได้ที่เป็นอันตราย สามารถจับคู่เชื้อเพลิงยูเรเนียมและวัสดุเคลือบในปฏิกิริยานิวเคลียร์ได้ ข้อดีของการใช้แกโดลิเนียมแทนโบรอนคือสามารถผสมแกโดลิเนียมกับยูเรเนียมได้โดยตรงเพื่อป้องกันการขยายตัวของแท่งเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ จากสถิติพบว่ามีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ 149 เครื่องที่วางแผนจะสร้างทั่วโลก โดย 115 เครื่องเป็นเครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันที่ใช้หายากh แกโดลิเนียม (III) ออกไซด์ซาแมเรียมดินหายากยูโรเปียมและดิสโพรเซียมถูกใช้เป็นตัวดูดซับนิวตรอนในเครื่องปฏิกรณ์แบบ Breeder นิวตรอน แผ่นดินหายากอิตเทรียมมีส่วนตัดขวางของการดักจับขนาดเล็กในนิวตรอน และสามารถใช้เป็นวัสดุท่อสำหรับเครื่องปฏิกรณ์เกลือหลอมเหลว ฟอยล์บางที่เติมด้วยแกโดลิเนียมและดิสโพรเซียมของโลกที่หายากสามารถใช้เป็นเครื่องตรวจจับสนามนิวตรอนในวิศวกรรมการบินและอวกาศและอุตสาหกรรมนิวเคลียร์ ทูเลียมและเออร์เบียมธาตุหายากจำนวนเล็กน้อยสามารถใช้เป็นวัสดุเป้าหมายของเครื่องกำเนิดนิวตรอนหลอดปิดผนึกและธาตุหายาก เซอร์เมตเหล็กยูโรเพียมสามารถใช้สร้างแผ่นรองรับควบคุมเครื่องปฏิกรณ์ที่ได้รับการปรับปรุงได้ แกโดลิเนียมดินที่หายากยังสามารถใช้เป็นสารเติมแต่งในการเคลือบเพื่อป้องกันรังสีนิวตรอนระเบิด และยานเกราะที่เคลือบด้วยสารเคลือบพิเศษที่มีแกโดลิเนียมออกไซด์สามารถป้องกันรังสีนิวตรอนได้ อิตเทอร์เบียมธาตุหายากใช้ในอุปกรณ์สำหรับวัดความเครียดของพื้นดินที่เกิดจากการระเบิดของนิวเคลียร์ใต้ดิน เมื่ออิตเทอร์เบียมของแรร์เอิร์ธถูกบังคับ ความต้านทานจะเพิ่มขึ้น และการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานสามารถใช้เพื่อคำนวณความดันที่ใช้ได้ การเชื่อมโยงฟอยล์แกโดลิเนียมของธาตุหายากที่สะสมและแทรกซึมเข้ากับองค์ประกอบที่ไวต่อความเครียดสามารถใช้เพื่อวัดความเครียดทางนิวเคลียร์สูงได้

การประยุกต์ใช้วัสดุแม่เหล็กถาวรหายากของโลก 5 ชนิดในเทคโนโลยีการทหารสมัยใหม่

วัสดุแม่เหล็กถาวรของธาตุหายากหรือที่เรียกว่าราชาแห่งแม่เหล็กรุ่นใหม่ ปัจจุบันเป็นวัสดุแม่เหล็กถาวรที่มีประสิทธิภาพครอบคลุมสูงสุดที่รู้จัก มีคุณสมบัติทางแม่เหล็กสูงกว่าเหล็กแม่เหล็กที่ใช้ในอุปกรณ์ทางทหารในปี 1970 ถึง 100 เท่า ปัจจุบันได้กลายเป็นวัสดุสำคัญในการสื่อสารเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ มันถูกใช้ในท่อคลื่นเดินทางและเครื่องหมุนเวียนในดาวเทียมโลกเทียม เรดาร์ และด้านอื่น ๆ ดังนั้นจึงมีความสำคัญทางการทหารที่สำคัญ

แม่เหล็ก SmCo และแม่เหล็ก NdFeB ใช้สำหรับลำแสงอิเล็กตรอนที่เน้นในระบบนำทางขีปนาวุธ แม่เหล็กเป็นอุปกรณ์โฟกัสหลักของลำแสงอิเล็กตรอน ซึ่งส่งข้อมูลไปยังพื้นผิวควบคุมของขีปนาวุธ มีแม่เหล็กประมาณ 5-10 ปอนด์ (2.27-4.54 กก.) ในแต่ละอุปกรณ์นำทางการโฟกัสของขีปนาวุธ นอกจากนี้ แม่เหล็กหายากยังใช้ในการขับเคลื่อนมอเตอร์และหมุนหางเสือ#หางเสือเครื่องบินของขีปนาวุธนำวิถี ข้อได้เปรียบของพวกเขาคือแม่เหล็กที่แข็งแกร่งกว่าและน้ำหนักเบากว่าแม่เหล็ก Al Ni Co ดั้งเดิม

การประยุกต์วัสดุเลเซอร์หายากในเทคโนโลยีการทหารสมัยใหม่

เลเซอร์เป็นแหล่งกำเนิดแสงชนิดใหม่ที่มีเอกรงค์เดียว ทิศทาง และการเชื่อมโยงกันที่ดี และสามารถให้ความสว่างสูงได้ วัสดุเลเซอร์และเลเซอร์เอิร์ธหายากเกิดขึ้นพร้อมกัน จนถึงขณะนี้ ประมาณ 90% ของวัสดุเลเซอร์เกี่ยวข้องกับธาตุหายาก ตัวอย่างเช่น คริสตัลโกเมนอลูมิเนียมอิตเทรียมเป็นเลเซอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายซึ่งสามารถรับเอาต์พุตพลังงานสูงได้อย่างต่อเนื่องที่อุณหภูมิห้อง การประยุกต์ใช้เลเซอร์โซลิดสเตตในการทหารสมัยใหม่มีประเด็นดังต่อไปนี้

6.1 ช่วงเลเซอร์

โกเมนอะลูมิเนียมอิตเทรียมเจือด้วยนีโอไดเมียมที่พัฒนาขึ้นในสหรัฐอเมริกา อังกฤษ ฝรั่งเศส เยอรมนี และประเทศอื่นๆ สามารถวัดระยะทางได้ 4,000~20,000 ม. ด้วยความแม่นยำ 5 ม. ระบบอาวุธเช่น US MI, Leopard II ของเยอรมนี, Lecler ของฝรั่งเศส, Type 90 ของญี่ปุ่น, Mekava ของอิสราเอล และรถถัง Challenger 2 ล่าสุดของอังกฤษ ต่างก็ใช้เครื่องวัดระยะแบบเลเซอร์ประเภทนี้ ปัจจุบัน บางประเทศกำลังพัฒนาเครื่องวัดระยะด้วยเลเซอร์โซลิดสเตตรุ่นใหม่เพื่อความปลอดภัยของดวงตาของมนุษย์ โดยมีความยาวคลื่นในการใช้งานตั้งแต่ 1.5 ถึง 2.1 μ M เครื่องวัดระยะด้วยเลเซอร์แบบมือถือที่พัฒนาโดยสหรัฐอเมริกาและสหราชอาณาจักรโดยใช้สารเจือด้วยโฮลเมียม เลเซอร์อิตเทรียมลิเธียมฟลูออไรด์มีแถบการทำงาน 2.06 μM ในระยะสูงสุด 3000 ม. สหรัฐอเมริกาและบริษัทเลเซอร์ระหว่างประเทศยังได้ร่วมกันใช้เลเซอร์อิตเทรียมลิเธียมฟลูออไรด์ที่เจือด้วยเออร์เบียม และพัฒนาเครื่องหาระยะด้วยเลเซอร์ที่ความยาวคลื่น 1.73 µM และกองกำลังติดอาวุธหนัก ความยาวคลื่นเลเซอร์ของเครื่องวัดระยะทางทหารของจีนคือ 1.06 μM อยู่ในช่วง 200 ถึง 7000 ม. ในการยิงจรวดพิสัยไกล ขีปนาวุธ และดาวเทียมทดสอบการสื่อสาร จีนได้รับข้อมูลสำคัญในการวัดระยะผ่านกล้องสำรวจเลเซอร์ทีวี

6.2 เลเซอร์นำทาง

ระเบิดนำวิถีด้วยเลเซอร์ใช้เลเซอร์เป็นแนวทางที่ปลายทาง เป้าหมายได้รับการฉายรังสีด้วยเลเซอร์ Nd · YAG ที่ปล่อยพัลส์หลายสิบครั้งต่อวินาที พัลส์ได้รับการเข้ารหัส และพัลส์แสงสามารถนำทางการตอบสนองของขีปนาวุธได้ จึงป้องกันการรบกวนจากการยิงขีปนาวุธและสิ่งกีดขวางที่ศัตรูกำหนด ตัวอย่างเช่น ระเบิด Glide GBV-15 ของกองทัพสหรัฐฯ ที่เรียกว่า "ระเบิดอัจฉริยะ" ในทำนองเดียวกัน ยังสามารถนำไปใช้ในการผลิตกระสุนนำด้วยเลเซอร์ได้อีกด้วย

6.3 การสื่อสารด้วยเลเซอร์

นอกจาก Nd · YAG ยังสามารถใช้สำหรับการสื่อสารด้วยเลเซอร์แล้ว เอาต์พุตเลเซอร์ของผลึกลิเธียมเตตระนีโอไดเมียม(III) ฟอสเฟต (LNP) ยังเป็นโพลาไรซ์และปรับได้ง่าย ถือว่าเป็นหนึ่งในวัสดุไมโครเลเซอร์ที่มีแนวโน้มมากที่สุด เหมาะสำหรับแหล่งกำเนิดแสงในการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง และคาดว่าจะนำไปใช้ในการสื่อสารทางแสงและอวกาศแบบบูรณาการ นอกจากนี้ ผลึกเดี่ยวอิตเทรียมเหล็กโกเมน (Y3Fe5O12) ยังสามารถใช้เป็นอุปกรณ์คลื่นพื้นผิวแม่เหล็กต่างๆ โดยกระบวนการรวมไมโครเวฟ ซึ่งทำให้อุปกรณ์ต่างๆ บูรณาการและย่อขนาด และมีการใช้งานพิเศษในการควบคุมระยะไกลด้วยเรดาร์และการวัดระยะไกล การนำทาง และมาตรการตอบโต้ทางอิเล็กทรอนิกส์

การประยุกต์ใช้วัสดุตัวนำยิ่งยวดของโลกที่หายาก 7 ชนิดในเทคโนโลยีการทหารสมัยใหม่

เมื่อวัสดุมีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิที่กำหนด ปรากฏการณ์ที่ความต้านทานเป็นศูนย์ซึ่งก็คือความเป็นตัวนำยิ่งยวดจะเกิดขึ้น อุณหภูมิคืออุณหภูมิวิกฤต (Tc) ตัวนำยิ่งยวดเป็นสารต่อต้านแม่เหล็ก เมื่ออุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤติ ตัวนำยิ่งยวดจะผลักไสสนามแม่เหล็กที่พยายามจะกระทบกับพวกมัน นี่คือสิ่งที่เรียกว่าเอฟเฟกต์ Meissner การเพิ่มธาตุหายากให้กับวัสดุตัวนำยิ่งยวดสามารถเพิ่มอุณหภูมิวิกฤต Tc ได้อย่างมาก สิ่งนี้ได้ส่งเสริมการพัฒนาและการประยุกต์ใช้วัสดุตัวนำยิ่งยวดเป็นอย่างมาก ในช่วงทศวรรษ 1980 สหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น และประเทศที่พัฒนาแล้วอื่นๆ ได้เพิ่มแลนทานัม อิตเทรียม ยูโรเพียม เออร์เบียม และออกไซด์ของธาตุหายากอื่นๆ ลงในแบเรียมออกไซด์และสารประกอบคอปเปอร์ (II) ออกไซด์อย่างต่อเนื่อง ซึ่งถูกผสม กดและเผาเพื่อ สร้างวัสดุเซรามิกตัวนำยิ่งยวด ทำให้การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีตัวนำยิ่งยวดอย่างกว้างขวาง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานทางการทหาร กว้างขวางมากขึ้น

7.1 วงจรรวมตัวนำยิ่งยวด

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ต่างประเทศได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีตัวนำยิ่งยวดในคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ และพัฒนาวงจรรวมตัวนำยิ่งยวดโดยใช้วัสดุเซรามิกที่เป็นตัวนำยิ่งยวด หากวงจรรวมนี้ใช้ในการผลิตคอมพิวเตอร์ที่มีตัวนำยิ่งยวด ไม่เพียงแต่มีขนาดเล็ก น้ำหนักเบา และสะดวกต่อการใช้งานเท่านั้น แต่ยังมีความเร็วในการประมวลผลที่เร็วกว่าคอมพิวเตอร์เซมิคอนดักเตอร์ถึง 10 ถึง 100 เท่า