Tillämpning av sällsynta jordartsmaterial i modern militär teknik

Tillämpning avSällsynt jordmaterials i modern militär teknik

Som ett speciellt funktionellt material kan sällsynt jord, känd som "Treasure House" för nya material, förbättra kvaliteten och prestandan hos andra produkter och kallas "vitamin" i den moderna industrin. Det används inte bara allmänt i traditionella industrier som metallurgi, petrokemisk industri, glaskeramik, ullspinning, läder och jordbruk, utan spelar också en oumbärlig roll inom områdena som fluorescens, magnetism, laser, fiberoptisk kommunikation, vätslager, superconduktivitet, osv. Elektronik, flyg-, kärnkraftsindustri etc. Dessa tekniker har framgångsrikt tillämpats inom militärteknologi, vilket främjar utvecklingen av modern militär teknik.

Den speciella rollen som spelas av sällsynta jordartade nya material inom modern militär teknik har i stor utsträckning väckt uppmärksamhet från regeringar och experter från olika länder, till exempel att vara listade som ett viktigt inslag i utvecklingen av högteknologiska industrier och militärteknologi av relevanta avdelningar i USA, Japan och andra länder.

En kort introduktion till sällsynta jordar och deras förhållande till militära och nationella försvar

Strikt sett, alltsällsynta jordelementhar vissa militära användningsområden, men den mest kritiska rollen inom nationella försvar och militära områden bör vara tillämpningen av laser, laservägledning, laserkommunikation och andra områden.

 Tillämpning av sällsynt jordstål och nodulärt gjutjärn i modern militär teknik

 1.1 Tillämpning av sällsynt jordstål i modern militär teknik

Dess funktioner inkluderar rening, modifiering och legering, främst inklusive avsvavling, deoxidation och gasavlägsnande, eliminerar påverkan av låga smältpunkt skadliga föroreningar, förädling av spannmål och struktur, som påverkar fasövergångspunkten för stål och förbättrar dess härdbarhet och mekaniska egenskaper. Militärvetenskap och teknikpersonal har utvecklat många sällsynta jordartsmaterial som är lämpliga för användning i vapen genom att använda denna egendom på sällsynta jordar.

 1.1.1 Armorstål

 Redan i början av 1960 -talet inledde Kinas vapenindustri forskning om tillämpning av sällsynta jordar i rustningsstål och pistolstål, och producerade successivt sällsynt jordartsstål såsom 601, 603 och 623, inledde en ny era där nyckelmaterial i Kinas tankproduktion baserades inhemskt.

 1.1.2 Sällsynta jordarts kolstål

I mitten av 1960-talet tilllade Kina 0,05% sällsynta jordelement till det ursprungliga högkvalitativa kolstålet för att producera sällsynt jordartsstål. Det laterala slagvärdet för detta sällsynta jordartsstål har ökat med 70% till 100% jämfört med det ursprungliga kolstålet, och påverkningsvärdet vid -40 ℃ har ökat med nästan två gånger. Den stora diameterpatronen gjord av detta stål har bevisats genom skjutprov i skjutområdet för att uppfylla de tekniska kraven fullt ut. För närvarande har Kina slutförts och genomförts i produktion och uppnår Kinas långvariga önskan att ersätta koppar med stål i patronmaterial.

 1.1.3 Sällsynta jordar med hög manganstål och sällsynt jordstål gjutstål

Det sällsynta jordarts höga manganstålet används för att tillverka tankspårskor, och det sällsynta jordartsstålet används för att tillverka svansvingarna, munbroms- och artilleriets strukturella delar av höghastighetsarm-piercing kassering Sabot, vilket kan minska bearbetningsförfarandena, förbättra användningshastigheten för stål och uppnå taktiska och tekniska indikatorer.

Tidigare var materialen som användes för de främre kammarprojektilkropparna i Kina gjorda av semi styv gjutjärn med högkvalitativt grisjärn tillsatt med 30% till 40% skrotstål. På grund av dess låga styrka, höga sprödhet, lågt och icke -skarpa antal effektiva fragment efter explosion och svag dödskraft, hindrades utvecklingen av den främre kammarprojektilkroppen en gång. Sedan 1963 har olika kalibrar i murbruk tillverkats med sällsynt jordkanaljärn, som har ökat deras mekaniska egenskaper med 1-2 gånger, multiplicerat antalet effektiva fragment och skärpat skärpan hos fragmenten, vilket kraftigt förbättrat deras dödande kraft. Det effektiva antalet fragment och intensiv dödsradie för en viss typ av kanonskal och fältpistolskal som gjorts av detta material i Kina är något bättre än för stålskal.

Tillämpning av icke-järnhaltiga sällsynta jordlegeringar såsom magnesium och aluminium i modern militär teknik

 Sällsynt jordhar hög kemisk aktivitet och stor atomradie. När det läggs till icke-järnmetaller och deras legeringar kan det förfina korn, förhindra segregering, avgasning, föroreningsavlägsnande och rening och förbättra metallografisk struktur för att uppnå det omfattande syftet att förbättra mekaniska egenskaper, fysikaliska egenskaper och bearbetningsegenskaper. Materialarbetare hemma och utomlands har utvecklat nya sällsynta jordartsmagnesiumlegeringar, aluminiumlegeringar, titanlegeringar och superlegeringar genom att använda denna egenskap av sällsynta jordar. Dessa produkter har använts i stor utsträckning i modern militär teknik som jaktflygplan, attackflygplan, helikoptrar, obemannade flygfordon och missilsatelliter.

2.1 Magnesiumlegering av sällsynta jordar

Sällsynt jordmagnesiumlegeringarhar hög specifik styrka, kan minska flygplansvikten, förbättra taktiska prestanda och ha breda tillämpningsmöjligheter. De sällsynta jordartsmagnesiumlegeringarna som utvecklats av China Aviation Industry Corporation (nedan kallad AVIC) inkluderar cirka 10 kvaliteter av gjutna magnesiumlegeringar och deformerade magnesiumlegeringar, av vilka många har använts i produktion och har stabil kvalitet. Till exempel har ZM 6 gjutna magnesiumlegering med sällsynt jordn metall neodyms som det huvudsakliga tillsatsen har utvidgats till att användas för viktiga delar såsom helikopter bakre reduktionshöljen, jaktflisar och rotor bly -tryckplattor för 30 kW generatorer. Den sällsynta jordarts med hög styrka magnesiumlegering BM 25 som är gemensamt utvecklad av AVIC Corporation och Nonferrous Metals Corporation har ersatt några medelstyrka aluminiumlegeringar och har applicerats i slagflygplan.

2.2 Sällsynta jordartslegering

I början av 1970-talet ersatte Peking Institute of Aeronautical Materials (kallas Institute of Aeronautical Materials) några aluminium och kisel med sällsynt jordmetallkerium (CE) i Ti-A1-MO-titanlegeringar, begränsade utfällningen av spröda faser och förbättrar legeringens värmemotstånd samtidigt som dess termala titan-titanlegeringar begränsade utfällningen av spröda faser och förbättrar legeringens värmemotstånd samtidigt som dess termala titan-titanlegeringar begränsade utfällningen av spröda faser och förbättrar legeringens värmemotstånd samtidigt som dess termala titan-titanlegeringar begränsade utfällningen av spröda faser och förbättrar legeringens värmemotstånd samtidigt som dess termala titan-titanlegeringar begränsade utfällningen av spröda faser och förbättrar legeringens värmemotstånd samtidigt som dess termala termalstatighet. På grundval av detta utvecklades en högpresterande gjuten titanlegering av titanlegering ZT3. Jämfört med liknande internationella legeringar har den vissa fördelar när det gäller värmemotståndsstyrka och processprestanda. Kompressorns höljet tillverkat med det används för W PI3 II -motoren, med en viktminskning på 39 kg per flygplan och en ökning av drivkraften till viktförhållandet på 1,5%. Dessutom har minskningen av behandlingsstegen med cirka 30% uppnått betydande tekniska och ekonomiska fördelar och fyllt klyftan vid användning av gjutna titanhöljen för flygmotorer i Kina vid 500 ℃. Forskning har visat att det finns små ceriumoxidpartiklar i mikrostrukturen hos ZT3 -legering som innehåller cerium. Cerium kombinerar en del av syre i legeringen för att bilda en eldfast och hög hårdhetoxidMaterial, CE2O3. Dessa partiklar hindrar rörelsen av dislokationer under legeringsprocessen och förbättrar legeringens högtemperaturprestanda. Cerium fångar en del av gasföroreningar (särskilt vid korngränser), vilket kan stärka legeringen samtidigt som god termisk stabilitet bibehålls. Detta är det första försöket att tillämpa teorin om svår stärkning av lösta ämnen i gjutna titanlegeringar. Dessutom har Institute of Aeronautical Materials utvecklat stabilt och billigtYttrium (iii) oxidSand och pulver genom år av forskning och speciell mineraliseringsbehandlingsteknologi i titanlegeringslösningens precisionsprocess. Det har nått en bättre nivå när det gäller specifik tyngdkraft, hårdhet och stabilitet till titanvätska och har visat större fördelar med att justera och kontrollera prestandan för skaluppslamning. Den enastående fördelen med att användaYttrium (iii) oxidSkal för att tillverka titangjutningar är att under förutsättning att gjutningskvaliteten och processnivån motsvarar volframbeläggningsprocessen, kan titanlegeringsgjutningar tunnare än volframbeläggningsprocessen kan tillverkas. För närvarande har denna process använts allmänt vid tillverkning av olika flygplan, motor och civila gjutningar.

2.3 Sällsynta jordartsaluminiumlegering

Den värmebeständiga gjutna aluminiumlegeringen HZL206 utvecklad av AVIC har överlägsen hög temperatur och mekaniska egenskaper för rumstemperatur jämfört med utländska legeringar som innehåller nickel och har nått den avancerade nivån av liknande legeringar utomlands. Den används nu som en tryckbeständig ventil för helikoptrar och jaktflygplan med en arbetstemperatur på 300 ℃, vilket ersätter stål- och titanlegeringar. Den strukturella vikten har minskats och har lagts i massproduktion. Draghållfastheten hos sällsynta jordartsaluminiumkisel Hypereutektisk ZL117-legering vid 200-300 ℃ överskrider den för västtysk kolvlegeringar KS280 och KS282. Dess slitmotstånd är 4-5 gånger högre än för vanligt använda kolvlegeringar ZL108, med en liten koefficient för linjär expansion och god dimensionell stabilitet. Det har använts i flygtillbehör KY-5, KY-7 luftkompressorer och flygmodellmotor kolvar. Att lägga till sällsynta jordartselement till aluminiumlegeringar förbättrar avsevärt mikrostruktur och mekaniska egenskaper. Verkningsmekanismen för sällsynta jordartselement i aluminiumlegeringar är: bildning av spridd distribution, med små aluminiumföreningar som spelar en betydande roll för att stärka den andra fasen; Tillsatsen av sällsynta jordelement spelar en avgasande katarsisroll, vilket minskar antalet porer i legeringen och förbättrar legeringens prestanda; Sällsynta jordartsaluminiumföreningar fungerar som heterogena kärnor för att förfina korn och eutektiska faser och är också en modifierare; Sällsynta jordarelement främjar bildning och förfining av järnrika faser, vilket minskar deras skadliga effekter. α— Den fasta lösningsmängden järn i A1 minskar med ökningen av sällsynt jordartstillägg, vilket också är fördelaktigt för att förbättra styrka och plasticitet.

Tillämpningen av sällsynta jordartsmaterial i modern militär teknik

3.1 Rena sällsynta jordartsmetaller

Rena sällsynta jordartsmetaller, på grund av deras aktiva kemiska egenskaper, är benägna att reagera med syre, svavel och kväve för att bilda stabila föreningar. När de utsätts för intensiv friktion och påverkan kan gnistor antända brandfarliga ämnen. Därför, redan 1908, gjordes det till Flint. Det har visat sig att bland de 17 sällsynta jordartselementen har sex element, inklusive Cerium, Lanthanum, Neodymium, Praseodymium, Samarium och Yttrium, särskilt bra mordbrandprestanda. Människor har gjort olika brännvapen baserat på brandstiftningsegenskaperna hos sällsynta jordartsmetaller. Till exempel använder den 227 kg amerikanska "Mark 82" -missilen sällsynta metallfoder, som inte bara ger explosiva dödande effekter utan också mordbrandeffekter. Den amerikanska luft-till-marken "Damping Man" rakethuvudet är utrustat med 108 sällsynta jordarts metallkvadratiska stavar som foder och ersätter några prefabricerade fragment. Statiska explosionstester har visat att dess förmåga att antända flygbränsle är 44% högre än för oliniga.

3.2 Blandade sällsynta jordartsmetaller

På grund av det höga priset på rensällsynt jordplatsS, lågkostnads ​​sällsynta jordartsmetaller används allmänt i förbränningsvapen i olika länder. Det sammansatta sällsynta jordartsmetallförbränningsmedlet laddas i metallskalet under högt tryck, med en förbränningsmedeldensitet på (1,9 ~ 2,1) × 103 kg/m3, förbränningshastighet 1,3-1,5 m/s, flamdiameter på cirka 500 mm och flamtemperatur upp till 1715-2000 ℃. Efter förbränning förblir den glödande kroppen varm i mer än 5 minuter. Under invasionen av Vietnam använde den amerikanska militären lanseringarna för att lansera en 40mm mordgranat, som var fylld med ett antändande foder gjord av blandad sällsynt jordartsmetall. Efter att projektilen exploderar kan varje fragment med ett antändningsfoder antända målet. Vid den tiden nådde den månatliga produktionen av bomben 200000 omgångar, med högst 260000 omgångar.

3.3 Sällsynta jordartslegeringar

Den sällsynta jordartslegeringen med en vikt av 100 g kan bilda 200 ~ 3000 tätt, som täcker ett stort område, vilket motsvarar dödsradie för pansarträngande ammunition och rustningspiercing projektil. Därför har utvecklingen av multifunktionell ammunition med förbränningskraft blivit en av de viktigaste riktningarna för ammunitionsutveckling hemma och utomlands. För den rustningspierande ammunitionen och rustningspiercingprojektilen kräver deras taktiska prestanda att de efter att ha genomträngt fiendens rustning kan tända deras bränsle och ammunition för att helt förstöra tanken. För granater krävs det att antända militära leveranser och strategiska anläggningar inom deras dödsortiment. Det rapporteras att en plastisk sällsynt jordnärgningsanordning tillverkad i Made in USA är tillverkad av glasfiberarmerad nylon med en blandad sällsynt jordlegeringspatron inuti, vilket har bättre effekt mot flygbränsle och liknande mål.

Tillämpning av sällsynta jordartsmaterial i militärt skydd och kärnkraftsteknik

4.1 Tillämpning inom militär skyddsteknik

Sällsynta jordelement har strålningsbeständiga egenskaper. Det nationella neutron tvärsnittscentret i USA har gjort två typer av plattor med en tjocklek av 10 mm genom att använda polymermaterial som basmaterial, med eller utan tillsats av sällsynta jordelement, för strålskyddstester. Resultaten visar att den termiska neutronskärmningseffekten av sällsynta jordartsmaterial är 5-6 gånger bättre än för sällsynta jordfria polymermaterial. Bland dem har de sällsynta jordartsmaterierna med SM, EU, GD, Dy och andra element det största neutronabsorption tvärsnittet och god neutronfångningseffekt. För närvarande inkluderar de huvudsakliga tillämpningarna av sällsynta jordartsskyddsmaterial i militär teknik följande aspekter.

4.1.1 Kärnkraftsstrålning

USA använder 1% bor och 5% sällsynta jordelementgadolinium, samariumochlantanFör att göra en 600 mm tjock strålningssäker betong för att skydda fissionens neutronkälla för poolreaktorn. Frankrike utvecklade ett sällsynt jordbruksskyddsmaterial genom att tillsätta Boride, sällsynt jordartikförening eller sällsynt jordlegering till grafit som basmaterial. Fyllmedlet av detta sammansatta skyddsmaterial krävs för att jämnt fördelas och göras till prefabricerade delar, som placeras runt reaktorkanalen enligt de olika kraven i skärmområdet.

4.1.2 Tank termisk strålningsskydd

Den består av fyra lager faner, med en total tjocklek på 5-20 cm. Det första skiktet är tillverkat av glasfiberarmerad plast, med oorganiskt pulver tillsatt med 2% sällsynta jordföreningar som fyllmedel för att blockera snabba neutroner och absorbera långsamma neutroner; De andra och tredje skikten tillsätt borggrafit, polystyren och sällsynta jordartselement som står för 10% av det totala fyllmedlet i det förra för att blockera mellanliggande energineutroner och absorbera termiska neutroner; Det fjärde skiktet använder grafit istället för glasfiber och lägger till 25% sällsynta jordarföreningar för att absorbera termiska neutroner.

4.1.3 Andra

Att tillämpa sällsynta jordartsstrålningsbeständiga beläggningar på tankar, fartyg, skyddsrum och annan militär utrustning kan ha en strålningsbeständig effekt.

4.2 Ansökan inom kärnkraftsteknik

Sällsynta jordar yttrium (iii) oxid kan användas som en brännbar absorberare av uranbränsle i kokande vattenreaktor (BWR). Bland alla element har gadolinium den starkaste förmågan att absorbera neutroner, med cirka 4600 mål per atom. Varje naturlig gadoliniumatom absorberar i genomsnitt 4 neutroner före misslyckande. När det blandas med fissionbart uran kan gadolinium främja förbränning, minska uranförbrukningen och öka energiproduktionen. Till skillnad från borkarbid,Gadolinium (iii) oxidproducerar inte deuterium, en skadlig biprodukt. Det kan matcha både uranbränsle och dess beläggningsmaterial i kärnreaktion. Fördelen med att använda gadolinium istället för bor är att gadolinium kan blandas direkt med uran för att förhindra expansion av kärnbränslestång. Enligt statistik planeras det 149 kärnreaktorer att byggas runt om i världen, varav 115 är trycksatt vattenreaktorer som användersällsynt öronh Gadolinium (iii) oxid.Sällsynt jorden samarium,europiumoch dysprosium har använts som neutronabsorberare i neutronuppfödarereaktorer. Sällsynt jordyttriumhar ett litet tvärsnitt i neutroner och kan användas som rörmaterial för smält saltreaktorer. Den tunna folien som tillsätts med sällsynt jordargadolinium och dysprosium kan användas som en neutronfältdetektor inom flyg- och kärnindustrins teknik, en liten mängd sällsynta jordarts thulium och erbium kan användas som målmaterial för tätad rörneutrongenerator, och sällsynt europiumoxid järncermet kan användas för att göra en förbättrad reaktorkontroll. Sällsynta jordargadolinium kan också användas som en beläggningstillsats för att förhindra strålningsstrålning av neutron, och pansarfordon belagda med en speciell beläggning som innehåller gadoliniumoxid kan förhindra neutronstrålning. Sällsynta jorden ytterbium används i utrustning för att mäta markspänning orsakad av underjordiska kärnkraftsexplosioner. När sällsynta jordar Ytterbium utsätts för kraft ökar motståndet och förändringen i motstånd kan användas för att beräkna det applicerade trycket. Att länka sällsynta jordarts gadoliniumfolie deponerad och sammanflätad med ett stresskänsligt element kan användas för att mäta hög kärnstress.

Tillämpning av 5 sällsynta jordens permanentmagnetmaterial i modern militär teknik

Det sällsynta jordarts permanentmagnetmaterialet, känt som den nya generationen av magnetisk kung, är för närvarande det högsta omfattande prestanda permanentmagnetmaterialet känt. Det har mer än 100 gånger högre magnetiska egenskaper än det magnetiska stålet som användes i militär utrustning på 1970 -talet. För närvarande har det blivit ett viktigt material i modern elektronisk teknikkommunikation. Det används i resande vågrör och cirkulatorer i konstgjorda jordsatelliter, radar och andra aspekter. Därför har den viktig militär betydelse.

SMCO -magneter och NDFEB -magneter används för elektronstrålfokusering i missilstyrningssystemet. Magneter är de viktigaste fokuseringsenheterna i elektronstrålen, som överför data till kontrollytan på missilen. Det finns cirka 5-10 pund (2,27-4,54 kg) magneter i varje fokuseringsanordning för missilen. Dessutom används sällsynta jordmagneter för att driva motorer och rotera rodret#flygplan roder av guidade missiler. Deras fördelar är starkare magnetism och lättare vikt än de ursprungliga Al Ni Co -magneterna.

Tillämpning av sällsynta jordartsmaterial i modern militär teknik

Laser är en ny typ av ljuskälla som har god monokromatiskhet, riktning och sammanhållning och kan uppnå hög ljusstyrka. Laser- och sällsynta jordartsmaterial föddes samtidigt. Hittills involverar cirka 90% av lasermaterial sällsynta jordar. Exempelvis är Yttrium aluminium granatkristall en allmänt använt laser som kan erhålla kontinuerlig hög effekt vid rumstemperatur. Tillämpningen av solid-state-lasrar i modern militär inkluderar följande aspekter.

6.1 Laser Ranging

Neodymium dopade Yttrium aluminium granat utvecklades i USA, Storbritannien, Frankrike, Tyskland och andra länder kan mäta ett avstånd på 4000 ~ 20000 m med en noggrannhet på 5 m. Vapensystemen som USA: s MI, Tysklands Leopard II, Frankrikes Lecler, Japans typ 90, Israels Mekava och den senaste British Challenger 2 -tanken använder alla denna typ av laserområde. För närvarande utvecklar vissa länder en ny generation av fast tillståndslaserområde för mänsklig ögonsäkerhet, med driftsvåglängder som sträcker sig från 1,5 till 2,1 μ M. Den handhållna laserområdet som utvecklats av USA och Storbritannien med hjälp av Holmium doped yttrium litium fluorid laser har ett fungerande band med 2,06 μ m, med holmium doped yttrium litium fluorid laser har ett fungerande band med 2,06 μ m, ranging till 3000 m. USA och International Laser Company använde också gemensamt den Erbium-dopade YTTRIUM-litiumfluoridlaseren och utvecklade en våglängd av 1,73 μm laseravståndsmätare och starkt utrustade trupper. Laservåglängden för Kinas militära intervallfinder är 1,06 μm, från 200 till 7000 m. Vid lansering av långsiktiga raketer, missiler och testkommunikationssatelliter har Kina fått viktiga data inom mätning av räckvidd genom laser-TV-teodolit.

6.2 LASER -vägledning

Laserledda bomber använder lasrar för terminal vägledning. Målet bestrålas med en ND · YAG -laser som avger dussintals pulser per sekund. Pulserna är kodade, och de lätta pulserna kan vägleda missilsvaret och därmed förhindra störningar från missillansering och hinder som fienden har ställt in. Den amerikanska militära GBV-15 glidbomben kallas till exempel "Smart Bomb". På liknande sätt kan det också användas för att tillverka laserstyrda skal.

6.3 Laserkommunikation

Förutom Nd · YAG kan användas för laserkommunikation är laserproduktionen av litiumtetra neodymium (III) fosfatkristall (LNP) polariserad och lätt att modulera. Det anses vara ett av de mest lovande mikrolasermaterialet, lämpliga för ljuskälla för optisk fiberkommunikation och förväntas tillämpas i integrerad optik och rymdkommunikation. Dessutom kan yttriumjärngranat (Y3FE5O12) enstaka kristall användas som olika magnetostatiska ytvåganordningar genom mikrovågsintegrationsprocess, som gör enheterna integrerade och miniatyriserade och har speciella tillämpningar inom radarkontroll och telemetri, navigation och elektroniska motåtgärder.

Tillämpningen av 7 sällsynta jordarts superledande material i modern militär teknik

När ett material är lägre än en viss temperatur inträffar fenomenet att motståndet är noll, det vill säga superledningsförmåga. Temperaturen är den kritiska temperaturen (TC). Superledare är antimagneter. När temperaturen är lägre än den kritiska temperaturen avvisar superledare alla magnetfält som försöker applicera dem. Detta är den så kallade Meissner-effekten. Att lägga till sällsynta jordarelement till superledande material kan öka den kritiska temperaturen TC kraftigt. Detta har i hög grad främjat utvecklingen och tillämpningen av superledande material. In the 1980s, the United States, Japan and other developed countries successively added a certain amount of lanthanum, yttrium, europium, erbium and other rare earth oxides to Barium oxide and Copper(II) oxide compounds, which were mixed, pressed and sintered to form superconducting ceramic materials, making the extensive application of superconducting technology, especially in military applications, more extensive.

7.1 Superledande integrerade kretsar

Under de senaste åren har utländska länder forskat om tillämpningen av superledande teknik i elektroniska datorer och utvecklat superledande integrerade kretsar med superledande keramiska material. Om denna integrerade krets används för att tillverka superledande datorer har den inte bara liten storlek, lätt vikt och är bekväm att använda, utan har också en datorhastighet 10 till 100 gånger snabbare än halvledardatorer