Aplicação de materiais de terras raras na tecnologia militar moderna

Aplicação deMaterial de Terras Rarasestá em tecnologia militar moderna

Como um material funcional especial, a Terra Rara, conhecida como "Treasure House" de novos materiais, pode melhorar bastante a qualidade e o desempenho de outros produtos e é conhecida como "vitamina" da indústria moderna. Não é apenas amplamente utilizado em indústrias tradicionais, como metalurgia, indústria petroquímica, cerâmica de vidro, fiação de lã, couro e agricultura, mas também desempenha um papel indispensável nos campos de materiais como a fluorescência, a magnetismo, a laser, a comunicação de fibra-óptica, a energia de armazenamento de hidrogênio, a supercutividade, etc. Eletrônica, aeroespacial, indústria nuclear etc. Essas tecnologias foram aplicadas com sucesso em tecnologia militar, promovendo bastante o desenvolvimento da tecnologia militar moderna.

O papel especial desempenhado por novos materiais de Terra Rara na tecnologia militar moderna atraiu amplamente a atenção de governos e especialistas de vários países, como listados como um elemento-chave no desenvolvimento de indústrias de alta tecnologia e tecnologia militar por departamentos relevantes nos Estados Unidos, Japão e outros países.

Uma breve introdução às terras raras e seu relacionamento com a defesa militar e nacional

Estritamente falando, tudoelementos de terras rarasTenha certos usos militares, mas o papel mais crítico nos campos de defesa nacional e militar deve ser a aplicação de variações a laser, orientação a laser, comunicação a laser e outros campos.

 Aplicação de aço de terras raras e ferro fundido nodular na tecnologia militar moderna

 1.1 Aplicação de aço de terras raras na tecnologia militar moderna

Suas funções incluem purificação, modificação e liga, incluindo principalmente a dessulfurização, desoxidação e remoção de gás, eliminando a influência de baixos impurezas prejudiciais ao ponto de fusão, refinando grãos e estrutura, afetando o ponto de transição da fase do aço e melhorando sua hardenabilidade e propriedades mecânicas. O pessoal de ciência e tecnologia militar desenvolveu muitos materiais de terras raras adequadas para uso em armas, utilizando essa propriedade da Terra Rara.

 1.1.1 Aço de armadura

 Já no início da década de 1960, a indústria de armas da China iniciou a pesquisa sobre a aplicação de terras raras em aço de armadura e aço de armas e produziu sucessivamente a aço de armadura de terras raras, como 601, 603 e 623, introduzindo uma nova era em que as principais matérias -primas na produção de tanques da China eram baseadas no mercado interno.

 1.1.2 Aço carbono de terras raras

Em meados da década de 1960, a China adicionou 0,05% de elementos de terras raras ao aço carbono original de alta qualidade para produzir aço carbono de terras raras. O valor de impacto lateral desse aço de terras raras aumentou 70% a 100% em comparação com o aço carbono original e o valor de impacto em -40 ℃ aumentou quase duas vezes. O cartucho de grande diâmetro feito desse aço foi comprovado por meio de testes de tiro no campo de tiro para atender totalmente aos requisitos técnicos. Atualmente, a China foi finalizada e colocada em produção, alcançando o desejo de longa data da China de substituir o cobre por aço em materiais de cartucho.

 1.1.3 Aço de Manganês de Terra Rara e Aço fundido de terras raras

O aço de manganês de terras raras é usado para fabricar sapatos de pista de tanque, e o aço fundido de terras raras é usado para fabricar as asas da cauda, ​​o freio de focinho e as partes estruturais de artilharia da descarga de armour de alta velocidade, que podem reduzir os procedimentos de processamento, melhorar a taxa de utilização do aço e alcançar indicadores táticos e técnicos.

No passado, os materiais usados ​​para os corpos de projéteis da câmara frontal na China eram feitos de ferro fundido semi-rígido com ferro de porco de alta qualidade adicionado com 30% a 40% de aço. Devido à sua baixa resistência, alta fragilidade, número baixo e não nítido de fragmentos eficazes após a explosão e o fraco poder de matar, o desenvolvimento do corpo do projétil da câmara frontal foi prejudicado. Desde 1963, vários calibres de conchas de argamassa foram fabricados usando ferro dúctil de terras raras, o que aumentou suas propriedades mecânicas em 1-2 vezes, multiplicou o número de fragmentos eficazes e afiou a nitidez dos fragmentos, aumentando bastante seu poder de matar. O número efetivo de fragmentos e o raio intensivo de matança de um certo tipo de casca de canhão e concha de pistolas de campo feitas desse material na China são um pouco melhores que as das conchas de aço.

Aplicação de ligas de terras raras não ferrosas, como magnésio e alumínio na tecnologia militar moderna

 Terra rarapossui alta atividade química e grande raio atômico. Quando é adicionado a metais não ferrosos e suas ligas, pode refinar grãos, impedir a segregação, desgaseificação, remoção e purificação da impureza e melhorar a estrutura metalográfica, de modo a alcançar o objetivo abrangente de melhorar as propriedades mecânicas, as propriedades físicas e as propriedades do processamento. Os trabalhadores de materiais em casa e no exterior desenvolveram novas ligas de magnésio de terras raras, ligas de alumínio, ligas de titânio e super -calas usando essa propriedade da Terra Rara. Esses produtos têm sido amplamente utilizados em tecnologias militares modernas, como aeronaves de combate, aeronaves de assalto, helicópteros, veículos aéreos não tripulados e satélites de mísseis.

2.1 liga de magnésio de terras raras

Ligas de magnésio de terras raraster alta resistência específica, pode reduzir o peso da aeronave, melhorar o desempenho tático e ter amplas perspectivas de aplicação. As ligas de magnésio de terras raras desenvolvidas pela China Aviation Industry Corporation (a seguir denominadas AVIC) incluem aproximadamente 10 graus de ligas de magnésio fundido e ligas de magnésio deformadas, muitas das quais foram usadas em produção e têm qualidade estável. Por exemplo, a liga de magnésio ZM 6 com neodímio de metal de terras raras, pois o principal aditivo foi expandido para ser usado para peças importantes, como invólucros de redução traseira de helicóptero, costelas de lutador e placas de pressão de chumbo do rotor para geradores de 30 kW. A liga de magnésio de alta resistência de terras raras BM 25 desenvolvida em conjunto pela Avic Corporation e pela Corporation de metais não ferrosos substituiu algumas ligas de alumínio de média resistência e foi aplicada em aeronaves de impacto.

2.2 liga de titânio de terras raras

No início dos anos 1970, o Instituto de Materiais Aeronáuticos de Pequim (referido como Instituto de Materiais Aeronáuticos) substituiu um pouco de alumínio e silício por cério de metal de terras raras (CE) em TI-A1-MO Titanium Lanloys, limitando a precipitação de fases quebradiças e melhorando a resistência ao calor da Alloy enquanto também improvina a fases fletre-fritam. Nesta base, foi desenvolvido uma liga de titânio de alta temperatura de alta temperatura, ZT3 contendo Cerium. Comparado com ligas internacionais semelhantes, possui certas vantagens em termos de força de resistência ao calor e desempenho do processo. O invólucro do compressor fabricado com ele é usado para o motor W PI3 II, com uma redução de peso de 39 kg por aeronave e um aumento na razão de empuxo / peso de 1,5%. Além disso, a redução das etapas de processamento em cerca de 30% alcançou benefícios técnicos e econômicos significativos, preenchendo a lacuna no uso de cartuchos de titânio fundido para motores de aviação na China a 500 ℃. A pesquisa mostrou que existem pequenas partículas de óxido de cério na microestrutura da liga ZT3 contendo cério. Cerium combina uma porção de oxigênio na liga para formar uma dureza refratária e altaóxido de terras rarasMaterial, CE2O3. Essas partículas impedem o movimento das luxações durante o processo de deformação da liga, melhorando o desempenho de alta temperatura da liga. O Cerium captura uma porção de impurezas de gás (especialmente nos limites dos grãos), o que pode fortalecer a liga, mantendo uma boa estabilidade térmica. Esta é a primeira tentativa de aplicar a teoria do forte fortalecimento do ponto de soluto nas ligas de titânio fundido. Além disso, o Instituto de Materiais Aeronáuticos desenvolveu estável e baratoÓxido de Yttrio (III)Areia e pó através de anos de pesquisa e tecnologia especial de tratamento de mineralização no processo de fundição de precisão da solução de liga de titânio. Ele atingiu um nível melhor em termos de gravidade específica, dureza e estabilidade ao líquido de titânio e mostrou maiores vantagens no ajuste e controle do desempenho da pasta de casca. A vantagem pendente de usarÓxido de Yttrio (III)A concha para fabricar peças fundidas de titânio é que, sob a condição de que a qualidade da fundição e o nível de processo sejam equivalentes ao processo de revestimento de tungstênio, as peças de liga de titânio mais finas do que o processo de revestimento de tungstênio pode ser fabricado. Atualmente, esse processo tem sido amplamente utilizado na fabricação de várias aeronaves, motores e peças fundidas civis.

2,3 liga de alumínio de terras raras

A liga de alumínio fundido resistente ao calor HZL206, desenvolvido pelo AVIC, possui propriedades mecânicas de temperatura ambiente superior e temperatura ambiente em comparação com ligas estrangeiras contendo níquel e atingiu o nível avançado de ligas semelhantes no exterior. Agora é usado como uma válvula resistente à pressão para helicópteros e caças com uma temperatura de trabalho de 300 ℃, substituindo ligas de aço e titânio. O peso estrutural foi reduzido e foi colocado em produção em massa. A resistência à tração da liga ZL117 hipereutética de silício de alumínio de terras raras a 200-300 ℃ excede a das ligas de pistão da Alemanha Ocidental KS280 e KS282. Sua resistência ao desgaste é 4-5 vezes maior que a das ligas de pistão comumente usadas ZL108, com um pequeno coeficiente de expansão linear e boa estabilidade dimensional. Ele foi usado nos acessórios da aviação KY-5, KY-7 Air Compressors e Pistons do motor do modelo de aviação. A adição de elementos de terras raras às ligas de alumínio melhora significativamente as propriedades microestrutura e mecânica. O mecanismo de ação dos elementos de terras raras nas ligas de alumínio é: Formação da distribuição dispersa, com pequenos compostos de alumínio desempenhando um papel significativo no fortalecimento da segunda fase; A adição de elementos de terras raras desempenha um papel de catarse desgaseificante, reduzindo assim o número de poros na liga e melhorando o desempenho da liga; Os compostos de alumínio de terras raras servem como núcleos heterogêneos para refinar grãos e fases eutéticas, e também são um modificador; Os elementos de terras raras promovem a formação e refinamento de fases ricas em ferro, reduzindo seus efeitos nocivos. α - A quantidade sólida da solução de ferro em A1 diminui com o aumento da adição de terras raras, o que também é benéfico para melhorar a força e a plasticidade.

A aplicação de materiais de combustão de terras raras na tecnologia militar moderna

3.1 metais de terras raras puras

Os metais de terras raras puras, devido às suas propriedades químicas ativas, são propensas a reagir com oxigênio, enxofre e nitrogênio para formar compostos estáveis. Quando submetidos a atrito e impacto intensos, as faíscas podem inflamar substâncias inflamáveis. Portanto, já em 1908, foi transformado em pederneira. Verificou -se que entre os 17 elementos de terras raras, seis elementos, incluindo cério, lantânio, neodímio, praseodímio, samário e yttrium, têm um desempenho de criminoso particularmente bom. As pessoas fizeram várias armas incendiárias com base nas propriedades do incêndio criminoso dos metais de terras raras. Por exemplo, o míssil americano de 227 kg "Mark 82" usa revestimentos de metal de terras raras, que não apenas produzem efeitos de matança explosiva, mas também efeitos de incêndio criminoso. A ogiva de foguetes do ar-aterramento do ar-solo dos EUA está equipada com 108 hastes quadradas de metal de terras raras como forros, substituindo alguns fragmentos pré-fabricados. Os testes de explosão estática mostraram que sua capacidade de inflamar o combustível da aviação é 44% maior que a dos não forçados.

3.2 metais de terras raras mistas

Devido ao alto preço do puroMetal de Terras RarasOs metais de terras raras compostas de baixo custo são amplamente utilizadas em armas de combustão em vários países. O agente de combustão de metal de terras raras composto é carregado na concha de metal sob alta pressão, com uma densidade de agente de combustão de (1,9 ~ 2,1) × 103 kg/m3, velocidade de combustão 1,3-1,5 m/s, diâmetro da chama de cerca de 500 mm e temperatura da chama até 1715-2000 ℃. Após a combustão, o corpo incandescente permanece quente por mais de 5 minutos. Durante a invasão do Vietnã, os militares dos EUA usaram lançadores para lançar uma granada de incêndio criminoso de 40 mm, cheia de um revestimento inflamado feito de metal misto de terras raras. Depois que o projétil explode, cada fragmento com um revestimento inflamador pode acender o alvo. Naquela época, a produção mensal da bomba atingiu 200000 rodadas, com um máximo de 260000 rodadas.

3.3 ligas de combustão de terras raras

A liga de combustão de terras raras com um peso de 100g pode formar 200 ~ 3000 Kindlings, cobrindo uma grande área, o que é equivalente ao raio de matança de munição com armour munição e projétil de perfuração de armadura. Portanto, o desenvolvimento de munição multifuncional com poder de combustão tornou -se uma das principais direções do desenvolvimento de munições em casa e no exterior. Para a munição e o projétil de piercing em armadura, seu desempenho tático exige que, depois de perfurar a armadura do tanque inimigo, eles possam acender seu combustível e munição para destruir completamente o tanque. Para granadas, é necessário acender suprimentos militares e instalações estratégicas dentro de seu alcance de assassinato. É relatado que um dispositivo incendiário de metal raro plástico feito nos EUA é feito de nylon reforçado com fibra de vidro com um cartucho de liga de terras raras mistas dentro, que tem melhor efeito contra combustível de aviação e alvos semelhantes.

Aplicação de materiais de terras raras em proteção militar e tecnologia nuclear

4.1 Aplicação em tecnologia de proteção militar

Os elementos de terras raras têm propriedades resistentes à radiação. O Centro Nacional de Seção Cruzada de Nú nêutrons dos Estados Unidos criou dois tipos de placas com uma espessura de 10 mm usando materiais de polímero como material base, com ou sem a adição de elementos de terras raras, para testes de proteção contra radiação. Os resultados mostram que o efeito de blindagem de nêutrons térmicos dos materiais de polímero de terras raras é 5-6 vezes melhor que o dos materiais de polímero livre de terras raras. Entre eles, os materiais de terras raras com SM, UE, GD, DY e outros elementos têm a maior seção transversal de absorção de nêutrons e um bom efeito de captura de nêutrons. Atualmente, as principais aplicações de materiais de proteção contra radiação de terras raras na tecnologia militar incluem os seguintes aspectos.

4.1.1 Escudo de radiação nuclear

Os Estados Unidos usam 1% de boro e 5% de elementos de terras rarasGadolínio, samárioelantânioPara fazer um concreto à prova de radiação de 600 mm de espessura para proteger a fonte de nêutrons de fissão do reator da piscina. A França desenvolveu um material de proteção de radiação de terras raras adicionando borídeo, composto de terras raras ou liga de terras raras à grafite como material base. É necessário que o preenchimento deste material de blindagem composto seja distribuído e transformado em peças pré -fabricadas, que são colocadas ao redor do canal do reator de acordo com os diferentes requisitos da área de blindagem.

4.1.2 blindagem de radiação térmica do tanque

Consiste em quatro camadas de verniz, com uma espessura total de 5-20 cm. A primeira camada é feita de plástico reforçado com fibra de vidro, com pó inorgânico adicionado com compostos de terras raras a 2% como cargas para bloquear nêutrons rápidos e absorver nêutrons lentos; A segunda e a terceira camadas adicionam elementos de grafite de boro, poliestireno e elementos de terras raras, representando 10% do preenchimento total no primeiro para bloquear nêutrons de energia intermediária e absorver nêutrons térmicos; A quarta camada usa grafite em vez de fibra de vidro e adiciona 25% de compostos de terras raras para absorver nêutrons térmicos.

4.1.3 Outros

A aplicação de revestimentos resistentes à radiação de terras raras a tanques, navios, abrigos e outros equipamentos militares pode ter um efeito resistente à radiação.

4.2 Aplicação em tecnologia nuclear

O óxido de Yttrium (III) de Terra Rara pode ser usada como um absorvedor combustível de combustível de urânio no reator de água fervente (BWR). Entre todos os elementos, o gadolínio tem a capacidade mais forte de absorver nêutrons, com aproximadamente 4600 alvos por átomo. Cada átomo de gadolínio natural absorve uma média de 4 nêutrons antes da falha. Quando misturado com urânio fissionável, o gadolínio pode promover a combustão, reduzir o consumo de urânio e aumentar a produção de energia. Ao contrário do Boron Carbide,Óxido de gadolínio (III)não produz deutério, um subproduto prejudicial. Ele pode corresponder ao combustível de urânio e ao seu material de revestimento na reação nuclear. A vantagem de usar gadolínio em vez de boro é que o gadolínio pode ser diretamente misturado com urânio para evitar a expansão da haste de combustível nuclear. De acordo com as estatísticas, existem 149 reatores nucleares planejados para serem construídos em todo o mundo, dos quais 115 são reatores de água pressurizados usandoEart raroh Óxido de gadolínio (III).Samário de terras raras,Europiume o disprósio têm sido utilizados como absorvedores de nêutrons em reatores de criadores de nêutrons. Terra raraítriopossui uma seção transversal de captura pequena em nêutrons e pode ser usada como material de tubo para reatores de sal fundido. A folha fina adicionada com gadolínio de terras raras e disprósio pode ser usada como um detector de campo de nêutrons em engenharia aeroespacial e nuclear da indústria, uma pequena quantidade de tíulio e erbio de terras raras pode ser usada como material alvo do câncer de fércia de oxidado de tubo selado e o suporte ao reator de oxidado de terras raras. O gadolínio de terras raras também pode ser usado como um aditivo de revestimento para evitar a radiação da bomba de nêutrons, e veículos blindados revestidos com um revestimento especial contendo óxido de gadolínio pode evitar a radiação de nêutrons. O ytterbio de terras raras é usado em equipamentos para medir o estresse do solo causado por explosões nucleares subterrâneas. Quando o ytterbio de terra rara é submetida à força, a resistência aumenta e a mudança na resistência pode ser usada para calcular a pressão aplicada. A ligação de gadolínio de terras raras depositadas e intercaladas a um elemento sensível ao estresse pode ser usado para medir o alto estresse nuclear.

Aplicação de 5 materiais de ímã permanente de terras raras na tecnologia militar moderna

O material de ímã permanente de Terra Rara, conhecida como a nova geração de rei magnético, é atualmente o mais alto material de ímã permanente de desempenho abrangente conhecido. Possui propriedades magnéticas mais de 100 vezes mais altas do que o aço magnético usado em equipamentos militares na década de 1970. Atualmente, tornou -se um material importante na moderna comunicação de tecnologia eletrônica. É usado em tubo de onda de viagem e circuladores em satélites de terra artificiais, radares e outros aspectos. Portanto, tem importante significado militar.

Ímãs SMCO e ímãs NDFEB são usados ​​para o feixe de elétrons com foco no sistema de orientação de mísseis. Os ímãs são os principais dispositivos de foco do feixe de elétrons, que transmitem dados para a superfície de controle do míssil. Existem 2,27-4,54 kg de ímãs em cada dispositivo de orientação de foco do míssil. Além disso, os ímãs de terras raras também são usadas para dirigir motores e girar os lemes de aeronaves do leme de mísseis guiados. Suas vantagens são magnetismo mais forte e peso mais leve que os ímãs originais de Al Ni Co.

Aplicação de materiais a laser de terras raras na tecnologia militar moderna

O laser é um novo tipo de fonte de luz que possui boa monocromaticidade, direcionalidade e coerência e pode obter alto brilho. Os materiais a laser e a laser de terras raras nasceram simultaneamente. Até agora, aproximadamente 90% dos materiais a laser envolvem terras raras. Por exemplo, o cristal de granada de alumínio Yttrium é um laser amplamente utilizado que pode obter saída contínua de alta potência à temperatura ambiente. A aplicação de lasers de estado sólido em militares modernos inclui os seguintes aspectos.

6.1 Variando a laser

A granada de alumínio do depiada de neodímio dopada de Yttrio desenvolvida nos Estados Unidos, Grã -Bretanha, França, Alemanha e outros países pode medir uma distância de 4000 ~ 20000 m com uma precisão de 5 m. Os sistemas de armas como o MI dos EUA, o Leopardo II da Alemanha, o Lecler da França, o tipo 90 do Japão, o Mekava de Israel e o mais recente tanque britânico Challenger 2 usam esse tipo de alcance a laser. Atualmente, alguns países estão desenvolvendo uma nova geração de finders de rangue a laser de estado sólido para a segurança dos olhos humanos, com comprimentos de onda de operação variando de 1,5 a 2,1 μ M. O alcance laser de manutenção desenvolvido pelos Estados Unidos e o Reino Unido usando o holmium Doped Ytrium lithium lithium flueto a laser 3. Os Estados Unidos e a Companhia Internacional de Laser também usaram em conjunto o laser de fluoreto de lítio de lítio e desenvolveu um comprimento de onda de finder de 1,73 μm de laser e tropas fortemente equipadas. O comprimento de onda do laser dos fidores militares da China é de 1,06 μm, variando de 200 a 7000 m. Ao lançar foguetes de longo alcance, mísseis e satélites de comunicação de teste, a China obteve dados importantes na medição de alcance através do teodolito da TV a laser.

6.2 Orientação a laser

Bombas guiadas a laser usam lasers para orientação terminal. O alvo é irradiado com um laser · yag que emite dezenas de pulsos por segundo. Os pulsos são codificados e os pulsos de luz podem guiar a resposta do míssil, impedindo assim a interferência do lançamento de mísseis e obstáculos estabelecidos pelo inimigo. Por exemplo, a bomba de GBV-15 militar dos EUA GBV-15 chamada "Smart Bomb". Da mesma forma, também pode ser usado para fabricar conchas guiadas a laser.

6.3 Comunicação a laser

Além do ND · YAG pode ser usado para comunicação a laser, a saída do laser do cristal de fosfato de neodímio de tetra (III) (LNP) é polarizada e fácil de modular. É considerado um dos materiais de micro -laser mais promissores, adequados para fonte de luz de comunicação de fibra óptica, e espera -se que seja aplicada na óptica integrada e na comunicação espacial. Além disso, a granada de ferro yttrium (Y3FE5O12) pode ser usada como vários dispositivos de onda de superfície magnetostática por processo de integração de microondas, que torna os dispositivos integrados e miniaturizados e possui aplicações especiais em controle remoto e telemetria de radar, navegação e contramedidas eletrônicas.

A aplicação de 7 materiais supercondutores de terras raras na tecnologia militar moderna

Quando um material é menor que uma certa temperatura, ocorre o fenômeno em que a resistência é zero, ou seja, a supercondutividade, ocorre. A temperatura é a temperatura crítica (TC). Os supercondutores são antimagnas. Quando a temperatura é menor que a temperatura crítica, os supercondutores repelem qualquer campo magnético que tenta se aplicar a eles. Este é o chamado efeito Meissner. A adição de elementos de terras raras aos materiais supercondutores pode aumentar bastante a temperatura crítica TC. Isso promoveu bastante o desenvolvimento e a aplicação de materiais supercondutores. Na década de 1980, os Estados Unidos, o Japão e outros países desenvolvidos adicionaram sucessivamente uma certa quantidade de lantanum, yttrium, europium, erbio e outros óxidos de terras raras ao óxido de bário e compostos de óxido de cobre (II), que foram misturados, que foram misturados, pressionados e sinterizados para formar materiais ceramíicos supercondutores, que se manifestam mais alinhados, a aplicações extensas, que foram mistas, pressionadas e sinterizadas, comuns, a aplicações mais alimentares, que foram misturadas.

7.1 Circuitos integrados supercondutores

Nos últimos anos, países estrangeiros conduziram pesquisas sobre a aplicação de tecnologia supercondutora em computadores eletrônicos e desenvolveram circuitos integrados supercondutores usando materiais cerâmicos supercondutores. Se esse circuito integrado for usado para fabricar computadores supercondutores, ele não apenas tem tamanho pequeno, peso leve e é conveniente de usar, mas também possui uma velocidade de computação 10 a 100 vezes mais rápido que os computadores semicondutores