現代の軍事技術における希土類材料の適用

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特別な機能材料として、新しい材料の「宝庫」として知られる希土類は、他の製品の品質とパフォーマンスを大幅に改善でき、現代産業の「ビタミン」として知られています。冶金、石油化学産業、ガラスセラミック、ウールスピニング、革、農業などの伝統的な産業で広く使用されているだけでなく、蛍光、磁気、レーザー、光ファイバー通信、水素通信、水素貯蔵エネルギー、超伝導などの材料の分野で不可欠な役割を果たします。航空宇宙、原子力産業など。これらの技術は軍事技術に成功裏に適用されており、現代の軍事技術の発展を大幅に促進しています。

現代の軍事技術においてレアアースの新しい材料が果たす特別な役割は、米国、日本、およびその他の国の関連部門によってハイテク産業と軍事技術の開発の重要な要素としてリストされているなど、さまざまな国の政府や専門家の注意を広く引き付けました。

希土類の簡単な紹介と軍事および国防との関係

厳密に言えば、すべて希土類元素特定の軍事用途がありますが、国防および軍事分野における最も重要な役割は、レーザー範囲、レーザーガイダンス、レーザー通信、その他の分野の適用です。

 現代の軍事技術における希土類鋼と結節鋳鉄の適用

 1.1現代の軍事技術における希土類鋼の適用

その機能には、主に脱硫、脱酸化、ガス除去を含む精製、修正、および合金化が含まれ、低融点の有害な不純物の影響を排除し、穀物と構造を精製し、鋼の位相遷移点に影響を与え、その硬化性と機械的特性を改善します。軍事科学技術の職員は、この希土類の特性を利用することにより、武器での使用に適した多くの希土類材料を開発しました。

 1.1.1アーマースチール

 早くも1960年代初頭、中国の武器産業は、装甲鋼および銃鋼での希土類の適用に関する研究を開始し、601、603、623などの希土類装甲鋼を連続して生産し、中国のタンク生産の主要な原材料が国内に基づいていた新しい時代に到着しました。

 1.1.2希土類炭素鋼

1960年代半ば、中国は、希土類炭素鋼を生産するために、元の高品質の炭素鋼に0.05％の希土類元素を追加しました。この希土類鋼の横方向の衝撃値は、元の炭素鋼と比較して70％増加して100％増加しており、-40℃の衝撃値はほぼ2回増加しました。この鋼で作られた大径カートリッジは、技術的要件を完全に満たすために射撃場での撮影テストを通じて証明されています。現在、中国は最終化され、生産に導入されており、中国のカートリッジ材料の鋼に銅を置き換えるという中国の長年の希望を達成しています。

 1.1.3希土類高マンガン鋼と希土類鋳造鋼

希土類高マンガン鋼は、タンクトラックシューズの製造に使用され、希土類鋳造鋼は、高速鎧張力の廃棄サボットのテールウィング、マズルブレーキ、砲兵構造部分を製造するために使用されます。

過去には、中国の前部チャンバー発射体に使用されていた材料は、30％〜40％のスクラップ鋼で高品質の豚の鉄を加えた半硬い鋳鉄で作られていました。強度が低く、脆性が高く、爆発後の有効な断片の数が少なく、鋭利な断片が低く、殺害力が弱いため、前部チャンバー発射体の発達がかつて妨げられました。 1963年以来、モルタルシェルのさまざまな口径は、希土類延性鉄を使用して製造されており、機械的特性を1〜2回増加させ、有効な断片の数を増やし、断片の鋭さを縮め、殺害力を大幅に向上させました。中国でこの材料で作られた特定のタイプの大砲シェルとフィールドガンシェルの断片と集中的な殺人半径の有効数は、鋼鉄の殻よりもわずかに優れています。

現代の軍事技術におけるマグネシウムやアルミニウムなどの非鉄希土類合金の適用

 希土類化学的活性が高く、原子半径が大きい。非鉄金属とその合金に追加されると、穀物を洗練し、分離、脱ガス、不純物の除去、精製を防ぎ、金属製の構造を改善して、機械的特性、物理的特性、処理特性を改善する包括的な目的を達成することができます。国内外の材料労働者は、この希土類の特性を使用して、新しい希土類マグネシウム合金、アルミニウム合金、チタン合金、および超合金を開発しました。これらの製品は、戦闘機、攻撃機、ヘリコプター、無人航空機、ミサイル衛星などの現代の軍事技術で広く使用されています。

2.1希土類マグネシウム合金

希土類マグネシウム合金特定の強度が高い、航空機の体重を減らし、戦術的なパフォーマンスを改善し、幅広いアプリケーションの見通しを持つことができます。 China Aviation Industry Corporationによって開発された希土類マグネシウム合金（以下、Avicと呼ばれる）には、約10等度の鋳造マグネシウム合金と変形したマグネシウム合金が含まれており、その多くは生産に使用されており、安定した品質を持っています。たとえば、ZM 6は、主な添加剤として希土類金属ネオジミウムを備えたマグネシウム合金を鋳造し、30 kW発電機のヘリコプターリアリダクションケース、戦闘機翼リブ、ローター鉛圧プレートなどの重要な部品に使用するように拡張されています。 Avic CorporationとNon Ferrous Metals Corporationが共同で開発した希土類高強度マグネシウム合金BM 25は、いくつかの中強度アルミニウム合金に取って代わり、衝撃航空機に適用されています。

2.2希土類チタン合金

1970年代初頭、北京航空材料研究所（航空材料研究所と呼ばれる）は、いくつかのアルミニウムとシリコンをTI-A1-MOチタン合金の希土類金属セリウム（CE）に置き換え、ブリトル相の沈殿を制限し、熱耐性を改善しました。これに基づいて、高性能キャスト高温チタン合金ZT3を含むセリウムが開発されました。同様の国際合金と比較して、耐熱性の強度とプロセス性能の点で特定の利点があります。製造されたコンプレッサーケーシングは、W PI3 IIエンジンに使用され、航空機あたり39 kgの重量減少とスラスト対重量比が1.5％増加します。さらに、処理手順を約30％削減することで、500の中国の航空エンジンの鋳造チタンケーシングの使用のギャップを埋めることができます。研究では、セリウムを含むZt3合金の微細構造に小さな酸化セリウム粒子があることが示されています。セリウムは合金の酸素の一部を組み合わせて、耐火性と高い硬度を形成します希土類酸化物材料、CE2O3。これらの粒子は、合金変形プロセス中の脱臼の動きを妨げ、合金の高温性能を改善します。セリウムは、ガス不純物の一部（特に粒界）を捕獲します。これは、良好な熱安定性を維持しながら合金を強化する可能性があります。これは、鋳造チタン合金における困難な溶質点強化の理論を適用する最初の試みです。さらに、航空材料研究所は安定して安価に発達しましたYttrium（III）酸化物チタン合金溶液精度鋳造プロセスにおける長年の研究と特別な鉱化治療技術による砂と粉末。それは、タイタニウム液の比重、硬度、安定性の点でより良いレベルに達し、シェルスラリーのパフォーマンスの調整と制御においてより大きな利点を示しています。使用の優れた利点Yttrium（III）酸化物チタン鋳物を製造するシェルは、鋳造品質とプロセスレベルがタングステンコーティングプロセスと同等であるという条件下で、タングステンコーティングプロセスよりも薄いチタン合金鋳物を製造できるということです。現在、このプロセスは、さまざまな航空機、エンジン、および民間人の鋳造の製造に広く使用されています。

2.3希土類アルミニウム合金

Avicが開発した熱耐性鋳造アルミニウム合金HZL206は、ニッケルを含む外国合金と比較して優れた高温および室温の機械的特性を持ち、海外の同様の合金の高度なレベルに達しています。現在、300℃の作業温度を持つヘリコプターと戦闘機の圧力耐性バルブとして使用され、鋼とチタンの合金を交換しています。構造重量は減少し、大量生産に入れられました。希土類アルミニウムシリコンヒップレートZL117合金の200-300℃の引張強度は、西ドイツピストン合金KS280およびKS282のそれを超えています。その耐摩耗性は、一般的に使用されるピストン合金ZL108の抵抗よりも4〜5倍高く、線形膨張と良好な寸法安定性の係数が少ないです。航空アクセサリーKY-5、KY-7エアコンプレッサー、航空モデルエンジンピストンで使用されています。アルミニウム合金に希土類元素を追加すると、微細構造と機械的特性が大幅に改善されます。アルミニウム合金における希土類元素の作用のメカニズムは次のとおりです。分散分布の形成、小さなアルミニウム化合物が第2相の強化に重要な役割を果たします。希土類元素の添加は、カタルシスの脱カタルシスの役割を果たし、それにより合金の細孔の数を減らし、合金の性能を改善します。希土類アルミニウム化合物は、穀物と共晶段階を改良するための不均一な核として機能し、修飾子でもあります。希土類元素は、鉄の豊富な相の形成と洗練を促進し、それらの有害な影響を減らします。 α-A1の固形溶液量は、希土類添加の増加とともに減少します。これは、強度と可塑性を改善するのにも有益です。

現代の軍事技術における希土類燃焼材料の適用

3.1純粋な希土類金属

純粋な希土類金属は、その活性化学的特性により、酸素、硫黄、窒素と反応して安定した化合物を形成する傾向があります。激しい摩擦と衝撃にさらされると、火花は可燃性物質に火をつけることができます。したがって、早くも1908年にはフリントになりました。 17の希土類元素のうち、セリウム、ランタヌム、ネオジム、プラセオジミウム、サマリウム、イットリウムを含む6つの元素が、特に高放火性能を持っていることがわかっています。人々は、希土類金属の放火特性に基づいて、さまざまな焼cen兵器を作っています。たとえば、227 kg American "Mark 82"ミサイルは希土類メタルライナーを使用します。これは、爆発的な殺害効果だけでなく、放火効果も生成します。米国の空から地上の「ダンピングマン」ロケット弾頭には、108個の希土類金属四角棒がライナーとして装備されており、プレハブの断片に取って代わります。静的爆発検査では、航空燃料を点火する能力が明らかにされていない燃料よりも44％高いことが示されています。

3.2混合希土類金属

純粋な価格が高いため希土類金属S、低コストの複合希土類金属は、さまざまな国の燃焼兵器で広く使用されています。複合希土類金属燃焼剤は、（1.9〜2.1）×103 kg/m3の燃焼剤密度、燃焼速度1.3-1.5 m/s、約500 mm、最大1715-2000℃までの火炎温度で、高圧下で金属シェルに荷重されています。燃焼後、白熱体は5分以上熱いままです。ベトナムの侵攻中、米軍はランチャーを使用して40mmの放火グレネードを発射しました。これは、混合希土類金属製のイグニングライニングで満たされていました。発射体が爆発した後、点火する裏地を持つ各フラグメントはターゲットに点火する可能性があります。当時、爆弾の毎月の生産は200000ラウンドに達し、最大260000ラウンドに達しました。

3.3希土類燃焼合金

100gの重量のある希土類燃焼合金は、200〜3000のキンドリングを形成し、広い領域を覆うことができます。これは、鎧張りの弾薬と鎧のピアス発射物の殺害半径に相当します。したがって、燃焼力を伴う多機能弾薬の開発は、国内外での弾薬開発の主要な方向の1つになりました。鎧を引く弾薬と鎧の穴を開ける発射体の場合、彼らの戦術的な性能には、敵のタンクの鎧を貫通した後、燃料と弾薬に火をつけてタンクを完全に破壊する必要があります。手rena弾の場合、殺害範囲内の軍事供給と戦略的施設に火をつける必要があります。米国の製造されたプラスチック希土類金属焼device装置は、環境燃料と同様のターゲットに対してより良い効果をもたらす混合希土類合金カートリッジを備えたガラス繊維強化ナイロンで作られていることが報告されています。

軍事保護と原子力技術における希土類材料の適用

4.1軍事保護技術の適用

希土類元素には、放射線耐性特性があります。米国の国立中性子断面センターは、放射線保護試験のために、希土類元素の添加の有無にかかわらず、ポリマー材料を基本材料として使用することにより、厚さ10 mmの2種類のプレートを作成しました。結果は、希土類ポリマー材料の熱中性子シールド効果が、希土類フリーポリマー材料のそれよりも5〜6倍優れていることを示しています。その中で、SM、EU、GD、DYおよびその他の元素を備えた希土類材料は、最大の中性子吸収断面と良好な中性子捕獲効果を持っています。現在、軍事技術における希土類放射線保護材料の主な応用には、以下の側面が含まれています。

4.1.1核放射シールド

米国は1％のホウ素と5％の希土類要素を使用していますガドリニウム, サマリウムそしてランタンスイミングプールリアクターの核分裂中性子源を保護するための600mmの厚さの放射実証コンクリートを作成します。フランスは、基本材料としてグラファイトにホウ化物、希土類化合物、または希土類合金を加えることにより、希土類放射線保護材料を開発しました。この複合シールド材料のフィラーは、シールドエリアのさまざまな要件に応じてリアクターチャネルの周りに配置されたプレハブ部品に均等に分布して作成する必要があります。

4.1.2タンク熱放射シールド

4層のベニヤで構成され、総厚は5〜20 cmです。最初の層は、ガラス繊維強化プラスチックで作られており、無機粉末が2％の希土類化合物をフィラーとして加えて、高速中性子をブロックし、ゆっくりとした中性子を吸収します。 2番目と3番目の層は、前者の総フィラーの10％を占めるホウ素グラファイト、ポリスチレン、および希土類元素を追加して、中間エネルギー中性子をブロックし、熱中性子を吸収します。 4層は、ガラス繊維の代わりにグラファイトを使用し、25％の希土類化合物を加えて熱中性子を吸収します。

4.1.3その他

希土類放射線耐性コーティングをタンク、船、避難所、およびその他の軍事装備に塗布すると、放射線耐性があります。

4.2原子力技術における応用

希土類Yttrium（III）酸化物は、沸騰水リアクター（BWR）のウラン燃料の可燃性吸収剤として使用できます。すべての元素の中で、ガドリニウムは中性子を吸収する最も強力な能力を持っており、原子あたり約4600のターゲットがあります。各天然ガドリニウム原子は、故障前に平均4個の中性子を吸収します。核分裂性ウランと混合すると、ガドリニウムは燃焼を促進し、ウランの消費を減らし、エネルギー出力を増加させることができます。炭化ホウ素とは異なり、ガドリニウム（III）酸化物有害な副産物である重水素を生成しません。核反応におけるウラン燃料とそのコーティング材料の両方に一致させることができます。ホウ素の代わりにガドリニウムを使用する利点は、ガドリニウムをウランと直接混合して核燃料棒の拡大を防ぐことができることです。統計によると、世界中で建設される予定の149の原子炉があり、そのうち115は加圧水炉を使用しています珍しいイヤーh ガドリニウム（III）酸化物。希土類サマリウム、ユーロピウム、およびジスプロシウムは、中性子ブリーダー反応器の中性子吸収体として使用されています。希土類イットリウム中性子には小さな捕獲断面があり、溶融塩リアクターのパイプ材料として使用できます。希土類ガドリニウムとジスプロシウムで添加された薄い箔は、航空宇宙および原子力産業工学の中性子フィールド検出器として使用できます。少量の希土類トリウムとエルビウムは、密閉されたチューブ中性子発電機の標的材料として使用でき、希土類ヨーロッパ酸化物鉄製の鉄マーセルを使用して、反応器コントロール支持板を作成するために使用できます。希土類ガドリニウムは、中性子爆弾放射を防ぐためのコーティング添加剤としても使用でき、酸化ガドリニウムを含む特別なコーティングでコーティングされた装甲車は中性子放射を防ぐことができます。希土類イッタービウムは、地下の核爆発によって引き起こされる地上ストレスを測定するための機器で使用されています。希土類イッタービウムが力にさらされると、抵抗が増加し、抵抗の変化を使用して適用される圧力を計算できます。堆積し、ストレスに敏感な要素を堆積してインターリーブした希土類ガドリニウム箔をリンクすることは、高い核ストレスを測定するために使用できます。

現代の軍事技術における5つの希土類永久磁石材料の適用

新世代の磁気キングとして知られる希土類永久磁石材料は、現在、最も高い包括的なパフォーマンス永久磁石材料です。 1970年代に軍事装置で使用されている磁気鋼の100倍以上の磁気特性を持っています。現在、それは現代の電子技術コミュニケーションの重要な資料になっています。人工地球の衛星、レーダー、その他の側面の旅行波チューブと循環器に使用されます。したがって、それは重要な軍事的重要性を持っています。

SMCO磁石とNDFEB磁石は、ミサイルガイダンスシステムに焦点を合わせた電子ビームに使用されます。磁石は、電子ビームの主要な焦点装置であり、ミサイルの制御面にデータを送信します。ミサイルの各焦点ガイダンス装置には、約5〜10ポンド（2.27-4.54 kg）の磁石があります。さらに、希土類の磁石は、モーターを駆動し、ガイド付きミサイルの舵＃航空機の舵を回転させるためにも使用されます。それらの利点は、元のAl Ni Co磁石よりも強い磁気と軽量です。

現代の軍事技術における希土類レーザー材料の適用

レーザーは新しいタイプの光源であり、優れた単色、方向性、コヒーレンスを持ち、高い明るさを達成できます。レーザーと希土類レーザー材料が同時に生まれました。これまでのところ、レーザー材料の約90％が希土類に関与しています。たとえば、Yttriumアルミニウムガーネットクリスタルは、室温で連続高出力を得ることができる広く使用されているレーザーです。現代の軍事における固体レーザーの適用には、以下の側面が含まれます。

6.1レーザー範囲

米国、英国、フランス、ドイツ、その他の国で開発されたネオジムドープドープイットトリウムアルミニウムガーネットは、5 mの精度で4000〜20000 mの距離を測定できます。米国MI、ドイツのヒョウ2世、フランスのレクラー、日本のタイプ90、イスラエルのメカバ、最新の英国チャレンジャー2タンクなどの武器システムはすべて、このタイプのレーザーレンジファインダーを使用しています。現在、一部の国では、1.5から2.1μmの範囲の動作波長を備えた、人間の目の安全性のための新しい世代の固体レーザー範囲を開発しています。米国と国際レーザー会社はまた、エルビウムドープのイトリウムフッ化物リチウムレーザーを共同で使用し、1.73μmのレーザーレンジファインダーと装備の装備の部隊の波長を開発しました。中国の軍事レンジファインダーのレーザー波長は1.06μmで、200〜7000 mです。長距離ロケット、ミサイル、テスト通信衛星の発売において、中国はレーザーTVセオドライトを介して範囲測定における重要なデータを取得しています。

6.2レーザーガイダンス

レーザーガイド付き爆弾は、ターミナルガイダンスにレーザーを使用します。ターゲットには、1秒あたり数十のパルスを放出するnd・yagレーザーが照射されます。パルスはエンコードされており、光パルスはミサイルの反応を導くことができ、それによりミサイルの打ち上げからの干渉と敵が設定した障害を防ぎます。たとえば、「スマート爆弾」と呼ばれる米軍のGBV-15グライド爆弾。同様に、レーザー誘導シェルの製造にも使用できます。

6.3レーザー通信

Nd・Yagに加えて、レーザー通信に使用できます。リチウム四酸結晶（III）リン酸結晶（LNP）のレーザー出力は偏光があり、調節が容易です。これは、光ファイバー通信の光源に適した最も有望なマイクロレーザー材料の1つであると考えられており、統合された光学系と宇宙通信に適用されると予想されます。さらに、Yttrium Iron Garnet（Y3Fe5O12）単結晶は、マイクロ波統合プロセスにより、デバイスを統合および小型化するために、レーダーのリモートコントロールとテレメトリ、ナビゲーション、電子対策の特別なアプリケーションを備えたさまざまな磁界表面波デバイスとして使用できます。

現代の軍事技術における7つの希土類超伝導材料の適用

材料が特定の温度よりも低い場合、抵抗がゼロであるという現象、つまり超伝導が発生します。温度は臨界温度（TC）です。超伝導体は抗磁石です。温度が臨界温度よりも低い場合、超伝導体はそれらに適用しようとする磁場を撃退します。これはいわゆるMeissner効果です。希土類元素を超伝導材料に追加すると、臨界温度TCが大幅に増加する可能性があります。これにより、超伝導材料の開発と応用が大幅に促進されました。 1980年代、米国、日本、およびその他の先進国は、一定量のランタン、イットリウム、ユーロピウム、エルビウム、その他の希土類酸化物を酸化バリウムおよび銅（II）化合物に連続して追加しました。これらは混合、プレス、焼結酸化銅材料を形成して、過剰導電性材料を形成し、特に軍用の応用を超伝導技術の広範なアプリケーションを実現しました。

7.1統合回路の超伝導

近年、外国は電子コンピューターでの超伝導技術の適用に関する研究を実施し、超伝導セラミック材料を使用して統合回路を超伝導しました。この統合された回路が超伝導コンピューターの製造に使用される場合、サイズが小さい、軽量であるだけでなく、使用するのに便利であるだけでなく、半導体コンピューターよりも10〜100倍高速にコンピューティング速度を備えています。