稀土材料在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用

1、稀土材料在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用講解人 盧楊 王程博 劉士杰 肖鎮(zhèn) 于康為什么“愛國(guó)者”導(dǎo)彈能比較輕易地?fù)袈洹帮w毛腿”？為什么盡管美制M1和蘇制T-72坦克的主炮直射距離差距并不大，但前者卻總是能更早開火，而且打得更準(zhǔn)？為什么F-22戰(zhàn)斗機(jī)可以超音速巡航？為什么“愛國(guó)者”導(dǎo)彈能比較輕易地?fù)袈洹帮w毛腿”？為什么盡管美制M1和蘇制T-72坦克的主炮直射距離差距并不大，但前者卻總是能更早開火，而且打得更準(zhǔn)？為什么F-22戰(zhàn)斗機(jī)可以超音速巡航？相比傳統(tǒng)兵器，高技術(shù)兵器的優(yōu)點(diǎn)在于其更方便、更靈敏、更準(zhǔn)確、更容易操縱。這些提起來(lái)容易，但卻集中體現(xiàn)了當(dāng)今材料科學(xué)、電子科學(xué)以及工程制造的諸多最高成就。而這些成就的獲

2、得,往往是源于稀土的某些特殊功能的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用。稀土材料在軍事領(lǐng)域金屬方面中的應(yīng)用稀土有工業(yè)“維生素”之稱，由于其具有優(yōu)良的光電磁等物理特性,能與其他材料組成性能各異、品種繁多的新型材料，其最顯著的功能就是大幅度提高其他產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。比如大幅度提高用于制造坦克、飛機(jī)、導(dǎo)彈的鋼材、鋁合金、鎂合金、鈦合金的戰(zhàn)術(shù)性能。而且，稀土同樣是電子、激光、核工業(yè)、超導(dǎo)等諸多高科技的潤(rùn)滑劑。從一定意義上說(shuō),美軍在中東地區(qū)的戰(zhàn)爭(zhēng)中能夠?qū)橙怂翢o(wú)忌憚地公開殺戮，很大程度上緣于稀土科技領(lǐng)域的超人一等。稀土材料在軍事領(lǐng)域應(yīng)用概述稀土元素有鋼材中的“盤尼西林”之稱，具有凈化變質(zhì)和促進(jìn)合金化的功能。稀土可以同鋼材中的硫、

3、氧等反應(yīng)，從而消除這些低熔點(diǎn)有害雜質(zhì)，細(xì)化晶粒，影響鋼的相變點(diǎn)，從而提高鋼的力學(xué)性能和淬透性等。稀土特種鋼被廣泛應(yīng)用坦克等的裝甲鋼和炮鋼等，稀土高錳鋼用于制造坦克履帶板，稀土鑄鋼用于制造高速脫殼穿甲彈的尾翼、炮口制退器和火炮結(jié)構(gòu)件等。稀土元素在核工業(yè)中也具有重要的應(yīng)用，如在核輻射探測(cè)器中，利用稀土的閃耀材料，可以作為核輻射強(qiáng)度探測(cè)的材料。稀土元素屬于較重的核，具有較大的中子吸收截面，具有較好的種子捕獲能力。其中銪、釓、鏑等經(jīng)常用來(lái)做抗輻射材料。由于稀土元素較為活波，性質(zhì)和堿土元素比較類似，經(jīng)常作為燃燒彈的添加材料。金屬合金中也獲得廣泛應(yīng)用。例如有一種稀土鎂合金（含有Mg,Zn,Zr,La,Ce

4、）可用于制造噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)裝置，直升飛機(jī)的變速箱，飛機(jī)的著陸輪和座艙罩。在鎂合金中添加稀土金屬的優(yōu)點(diǎn)是可提高其高溫抗蠕變性，改善鑄造性能和室溫可焊性。有一種鋁鋯釔合金用作電線，其特點(diǎn)是輸出功率高、耐熱、耐振動(dòng)和耐腐蝕。 至于F-22超音速巡航的功能，則拜其強(qiáng)大的發(fā)動(dòng)機(jī)以及輕而堅(jiān)固的機(jī)身所賜，它們都大量使用稀土科技造就的特種材料。比如F119發(fā)動(dòng)機(jī)葉片以及燃燒室使用了阻燃鈦合金，這種鈦合金的制造據(jù)說(shuō)是使用了錸；而F-22的機(jī)身就更加是用稀土強(qiáng)化的鎂鈦合金武裝。否則，超音速巡航中，F(xiàn)119強(qiáng)大的動(dòng)力足以摧毀它自己。1.1.1 裝甲鋼早在60 年代初期, 我國(guó)兵器工業(yè)就開始了稀土在裝甲鋼和炮鋼上

5、的應(yīng)用研究, 先后生產(chǎn)了601、603、623 等稀土裝甲鋼, 開創(chuàng)了我國(guó)坦克生產(chǎn)中的關(guān)鍵原材料立足于國(guó)內(nèi)的新紀(jì)元。稀土材料在軍事領(lǐng)域材料方面中的具體應(yīng)用1.1.2 稀土碳素鋼60 年代中期, 我國(guó)又在原某種優(yōu)質(zhì)碳素鋼中加入0.05% 的稀土, 制成了稀土碳素鋼。這種稀土鋼較原碳素鋼的橫向沖擊值提高了70% 100% , - 40 時(shí)的沖擊值提高近1 倍。采用該鋼制造的大口徑藥筒經(jīng)靶場(chǎng)射擊試驗(yàn)證明, 完全能滿足技術(shù)要求, 目前我國(guó)已定型投產(chǎn), 實(shí)現(xiàn)了我國(guó)在藥筒材料方面以鋼代銅的多年宿愿。1.1.3 稀土高錳鋼和稀土鑄鋼稀土高錳鋼用于制造坦克履帶板, 稀土鑄鋼用于制造高速脫殼穿甲彈的尾翼、炮口制

6、退器和火炮結(jié)構(gòu)件, 可減少加工工序, 提高鋼材的利用率, 并能達(dá)到戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)。1.2 稀土球墨鑄鐵在現(xiàn)代軍事技術(shù)的應(yīng)用過(guò)去, 我國(guó)前膛彈彈體材料均采用以優(yōu)質(zhì)生鐵加入30% 40% 的廢鋼而制成的半鋼性鑄鐵,由于其強(qiáng)度低、脆性大、爆炸后的有效殺傷破片數(shù)量少且不鋒利以及殺傷威力弱等原因,一度束縛了前膛彈彈體的發(fā)展。自1963 年后,采用稀土球墨鑄鐵制造各種口徑的迫擊彈, 使其力學(xué)性能提高1 2 倍, 有效殺傷破片數(shù)量成倍增加, 破片刃口鋒利, 大大提高了殺傷威力。我國(guó)用這種材料制造的某型加農(nóng)炮炮彈和野戰(zhàn)炮炮彈戰(zhàn)斗殼體, 其有效殺傷破片數(shù)和密集殺傷半徑比鋼質(zhì)殼體略勝一籌。稀土具有很高的化學(xué)活性和較

7、大的原子半徑, 加入到有色金屬及其合金中, 可細(xì)化晶粒、防止偏析、除氣、除雜和凈化以及改善金相組織等作用, 從而達(dá)到改善機(jī)械性能、物理性能和加工性能等綜合目的。國(guó)內(nèi)外材料工作者利用稀土的這一性質(zhì), 研制出了新型稀土鎂合金、鋁合金、鈦合金、高溫合金, 這些產(chǎn)品在殲擊機(jī)、強(qiáng)擊機(jī)、直升機(jī)、無(wú)人駕駛機(jī)、以及導(dǎo)彈衛(wèi)星等現(xiàn)代軍事技術(shù)上獲得了廣泛的應(yīng)用。2 鎂、鋁等有色稀土合金在現(xiàn)代軍事技術(shù)上的應(yīng)用經(jīng)多年研究, 采用了特殊的礦化處理技術(shù), 研制出了穩(wěn)定廉價(jià)的氧化釔砂料與粉料, 它在比重、硬度和對(duì)鈦液的穩(wěn)定性上, 都達(dá)到了較好的水平, 而在調(diào)節(jié)控制殼料漿性能上, 表現(xiàn)出更大的優(yōu)越性。用氧化釔型殼制造鈦鑄件的突

8、出優(yōu)點(diǎn)是: 在鑄件質(zhì)量和工藝水平與鎢面層工藝相當(dāng)?shù)臈l件下, 能制造比鎢面層工藝更薄的鈦合金鑄件。目前, 該工藝已廣泛用于制造各種飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)及民品鑄件。2.1 稀土鎂合金稀土鎂合金比強(qiáng)度較高, 能減輕飛機(jī)重量,提高戰(zhàn)術(shù)性能, 具有廣泛的應(yīng)用前景。中國(guó)航空工業(yè)總公司(以下簡(jiǎn)稱中航總) 研制的稀土鎂合金包括鑄造鎂合金及變形鎂合金約有10 個(gè)牌號(hào), 很多牌號(hào)已用于生產(chǎn), 質(zhì)量穩(wěn)定。例如:以稀土金屬釹為主要添加元素的ZM 6 鑄造鎂合金已擴(kuò)大用于直升機(jī)后減速機(jī)匣、殲擊機(jī)翼肋及30 kW 發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子引線壓板等重要零件。中航總與有色金屬總公司聯(lián)合研制的稀土高強(qiáng)鎂合金B(yǎng)M 25 已代替部分中強(qiáng)鋁合金, 在

9、強(qiáng)擊機(jī)上獲得應(yīng)用。2.2 稀土鈦合金70 年代初, 北京航空材料研究院(簡(jiǎn)稱:航材院) 在Ti A1 M o 系鈦合金中用稀土金屬鈰(Ce) 取代部分鋁、硅, 限制了脆性相的析出, 使合金在提高耐熱強(qiáng)度的同時(shí), 也改善了熱穩(wěn)定性能。以此基礎(chǔ)上, 又研制出了性能良好的含鈰的鑄造高溫鈦合金ZT3。它與國(guó)際同類合金相比, 在耐熱強(qiáng)度及工藝性能方面均具有一定的優(yōu)勢(shì)。用它制造的壓氣機(jī)匣用于W PI3發(fā)動(dòng)機(jī), 每架飛機(jī)減重達(dá)39 kg, 提高推重比1.5% , 此外減少加工工序約30% , 取得了明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益, 填補(bǔ)了我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)在500 條件下使用鑄鈦機(jī)匣的空白。研究表明,含鈰的ZT3 合金組織

10、中存在著細(xì)小的氧化鈰質(zhì)點(diǎn)。鈰化合了合金中的一部分氧, 形成了難熔的、高硬度的稀土氧化物質(zhì)點(diǎn)Ce2O3。這些質(zhì)點(diǎn)在合金形變過(guò)程中阻礙了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng), 提高了合金高溫性能, 鈰奪取了一部分氣體雜質(zhì)(尤其是在晶界上的), 就有可能在使合金強(qiáng)化的同時(shí), 保持良好的熱穩(wěn)定性能。這是在鑄造鈦合金中應(yīng)用難溶質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)化理論的首次嘗試。此外航材院在鈦合金溶模精密鑄造工藝中,2.3 稀土鋁合金中航總研制的含稀土耐熱鑄造鋁合金HZL206, 與國(guó)外含鎳的合金比較, 具有優(yōu)越的高溫和常溫力學(xué)性能, 并已達(dá)到國(guó)外同類合金的先進(jìn)水平?，F(xiàn)已用于直升機(jī)和殲擊機(jī)工作溫度達(dá)300 的耐壓閥門, 取代了鋼和鈦合金。減輕了結(jié)構(gòu)重量, 已投

11、入批量生產(chǎn)。稀土鋁硅過(guò)共晶ZL117 合金在200300 下的拉伸強(qiáng)度超過(guò)西德活塞合金KS280 和KS282, 耐磨性能比常用活塞合金ZL108 提高45 倍, 線膨脹系數(shù)小, 尺寸穩(wěn)定性好, 已用于航空附件KY 5,KY 7 空壓機(jī)和航模發(fā)動(dòng)機(jī)活塞。稀土元素加入鋁合金中, 明顯改善顯微組織和機(jī)械性能。稀土元素在鋁合金中的作用機(jī)制為: 形成分散分布, 細(xì)小的鋁化合物起著顯著的第二相強(qiáng)化作用; 稀土元素的加入起到了除氣凈化作用,從而減少合金中氣孔的數(shù)量, 提高合金的性能;稀土鋁化合物作為異質(zhì)晶核細(xì)化晶粒和共晶相,也是一種變質(zhì)劑; 稀土元素促進(jìn)了富鐵相的形成和細(xì)化, 減少了富鐵相的有害作用。 A

12、1中鐵的固溶量隨稀土加入量的增加而減少, 也對(duì)提高強(qiáng)度和塑性有利。3.1 純稀土金屬純稀土金屬因其化學(xué)性質(zhì)活潑, 極易同氧、硫、氮作用生成穩(wěn)定的化合物, 當(dāng)受到劇烈摩擦與沖擊發(fā)生火花時(shí), 可引燃易燃物。因此,早在1908 年它就被制成打火石?，F(xiàn)已查明, 17種稀土元素中有鈰、鑭、釹、鐠、釤和釔等六種元素具有特別良好的縱火性能。人們將稀土金屬的縱火性制成了各式燃燒武器, 例如美國(guó)“馬克 82 型”227 kg 航彈采用稀土金屬內(nèi)襯,除了產(chǎn)生爆炸殺傷效應(yīng)處, 還產(chǎn)生縱火效應(yīng)。美國(guó)空對(duì)地“阻尼人”火箭戰(zhàn)斗部?jī)?nèi)裝108 個(gè)稀土金屬方棒作內(nèi)襯, 取代部分預(yù)制破片, 靜爆破試驗(yàn)證明, 其點(diǎn)燃航空油料的能力

13、比無(wú)內(nèi)襯的高44% 。3.2 混合稀土金屬由于純稀土金屬的價(jià)格較為昂貴, 各國(guó)在燃燒武器中廣泛采用價(jià)廉的復(fù)合稀土金屬。復(fù)合稀土金屬燃燒劑經(jīng)高壓裝填于金屬殼體中,燃燒劑密度為(1.9 2.1) 103 /m 3, 燃燒速度1.3 1.5 m m /s, 火焰直徑約500 m m , 火焰溫度高達(dá)1 7152 000 。其燃燒后熾熱體熾熱持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)于5m in。美軍在侵越戰(zhàn)爭(zhēng)中, 用發(fā)射器發(fā)射的一種40 m m 縱火榴彈, 其內(nèi)裝填的引燃內(nèi)襯就用混合稀土金屬制成的。當(dāng)彈體爆炸后, 每一片帶有引燃內(nèi)襯的破片都可引燃目標(biāo)。當(dāng)時(shí)該彈的月產(chǎn)量達(dá)20 萬(wàn)發(fā), 最高達(dá)26 萬(wàn)發(fā)。3.3 稀土燃燒合金重量為10

14、0 g 的稀土燃燒合金可形成200 3 000 個(gè)火種, 覆蓋面積大, 與穿甲彈、破甲彈的殺傷半徑相當(dāng)。為此, 發(fā)展燃燒威力的多功能彈藥成為目前中外彈藥發(fā)展的主攻方向之一。對(duì)于穿甲彈和破甲彈, 其戰(zhàn)術(shù)性能要求在擊穿敵坦克裝甲之后, 還能將其油料、彈藥引燃,以徹底摧毀坦克。對(duì)于榴彈則要求在其殺傷范圍內(nèi)引燃軍需物資和戰(zhàn)略設(shè)施等。據(jù)悉, 美國(guó)制造的一種塑料稀土金屬燃燒彈, 其彈體由玻璃纖維增強(qiáng)的尼龍制成, 內(nèi)裝混合稀土合金彈芯, 用于對(duì)付裝有航空燃料及類似的目標(biāo)具有較佳效果。4.1 在軍事防護(hù)技術(shù)上的應(yīng)用稀土元素具有防輻射特性。美國(guó)國(guó)家中子截面中心采用高分子材料為基材, 添加或不添加稀土元素制成了兩

15、種厚度為10 m m 的板材進(jìn)行防輻射試驗(yàn)。熱中子屏蔽效果優(yōu)于無(wú)稀土高分子材料5 6倍。其中添加釤、銪、釓、鏑等元素的稀土材料的中子吸收截面最大, 具有良好的俘獲中子的作用。目前, 稀土防輻射材料在軍事技術(shù)中的主要應(yīng)用包括以下幾個(gè)方面。4.1.1 核輻射屏蔽美國(guó)采用1% 硼和5% 的稀土元素釓、釤、和鑭, 制成厚度為600m m 的防輻射混凝土, 用于屏蔽游泳池式反應(yīng)堆裂變中子源。法國(guó)采用石墨為基材添加硼化物、稀土化合物或稀土合金,研制成一種稀土防輻射材料。這種復(fù)合屏蔽材料的填料要求分布均勻并制成預(yù)制件, 根據(jù)屏蔽部位的不同要求, 分別置于反應(yīng)堆通道的四周。4.1.2 坦克熱輻射屏蔽它由四層單

16、板組成, 總厚度為5 20 cm 。第一層用玻璃纖維增強(qiáng)塑料制成, 采用無(wú)機(jī)粉末添加2% 的稀土化合物為填料, 以阻滯快中子、吸收慢中子; 第二層和第三層, 是在前者之中再加入硼石墨和聚苯及占填料總量10% 的稀土元素, 以阻滯中能中子和吸收熱中子; 第四層采用石墨代替玻璃纖維, 加入含25% 稀土化合物, 吸收熱中子。4.1.3 其它將稀土防輻射涂料涂在坦克、艦艇、掩蔽部和其它軍事裝備上, 可以起到防輻射的作用。4.2 在核技術(shù)上的應(yīng)用稀土氧化釔可用作沸水反應(yīng)堆(BW R) 中鈾燃料的可燃吸收體。在所有元素中, 釓吸收中子的能力最強(qiáng),每個(gè)原子約4 600 靶, 每個(gè)自然釓原子在失效前平均吸收

17、4 個(gè)中子。當(dāng)與可裂變的鈾混合時(shí),釓可促進(jìn)燃燒, 降低鈾的消耗并提高能量輸出。氧化釓不象碳化硼那樣產(chǎn)生有害的副產(chǎn)品氘,在核反應(yīng)時(shí)既能與鈾燃料又能與它的包覆材料相配。用釓代替硼的好處是釓能與鈾直接混合,以防止核燃料棒膨脹。據(jù)統(tǒng)計(jì), 目前全世界計(jì)劃興建的核反應(yīng)堆149 座, 其中115 座壓水堆應(yīng)用稀土氧化釓。稀土釤、銪和鏑已用作中子增殖反應(yīng)堆的中子吸收劑。稀土釔在中子中俘獲截面小, 可用作熔鹽反應(yīng)堆的管材。在 硬 質(zhì)合 金 中 添 加 少量 稀 土元 素,可顯 著 提 高 硬質(zhì) 合 金 的 高 溫抗 彎 強(qiáng)度、抗氧化性 和 斷 裂 韌性。合 金 的 室溫 抗彎 強(qiáng) 度 平 均 提 高 2 0 %

18、 左 右,硬 度平 均 提 高 0 .5 一 1 H R A,還 能改 善 硬 質(zhì) 合金 的耐 沖擊、耐熱 疲 勞、熱 耐 磨 性 等 性能。稀土元素對(duì)粘結(jié)相有強(qiáng)化和作用，以鈷為例，在鈷中填充稀土元素可抑制CoCo馬氏體相變。金屬鈷屬于通俗異構(gòu)多晶金屬，具有多種晶格結(jié)構(gòu)。在其中摻入稀土元素，可以升高粘結(jié)相的多晶型轉(zhuǎn)變溫度。金屬合金中摻雜稀土原料的原因固溶強(qiáng)化的作用，加入稀有金屬可使組織中粗大的晶間共晶相溶解于基體中，這種組織的優(yōu)化導(dǎo)致了合金強(qiáng)度及塑性的明顯提升，合金的斷裂模式從準(zhǔn)解理轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒖拙奂退苄詳嗔涯Ｊ健＝M織強(qiáng)化作用，從理論上講，細(xì)化晶粒和降低孔隙度都能提高合金強(qiáng)度。加入稀土金屬后，合

19、金密度變化不明顯，但孔隙度降低，同時(shí)還能減緩離子擴(kuò)散進(jìn)行，防止晶粒繼續(xù)長(zhǎng)大，從而使之細(xì)化。自1903年奧地利科學(xué)家馮威爾斯巴赫發(fā)明了稀土發(fā)火合金，并用制造民用的打火石原料，隨后，美國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)家也大量生產(chǎn)了打火石，以滿足各國(guó)的需求。20世紀(jì)50年代，我國(guó)已能生產(chǎn)少量的稀土發(fā)火合金，并用于生產(chǎn)打火石的原料，6090年代，我國(guó)生產(chǎn)發(fā)火合金及打火石的水平達(dá)到工業(yè)化及規(guī)?；?。以滿足國(guó)內(nèi)外用戶的需求。2006年以來(lái)，我國(guó)的發(fā)火合金及打火石的生產(chǎn)量為全球最多，已達(dá)近千噸水平，更能滿足國(guó)內(nèi)外發(fā)展的需求。從目前看，我國(guó)已成為世界的發(fā)火合金生產(chǎn)大國(guó)，消費(fèi)大國(guó)和市場(chǎng)貿(mào)易大國(guó)，今后世界發(fā)展將任然維持如此形勢(shì)。

20、稀土材料的其他應(yīng)用 稀土發(fā)火材料主要工藝過(guò)程為：原輔材料破碎配料熔煉鑄錠檢測(cè)包裝入庫(kù)（發(fā)火合金產(chǎn)品）。主要技術(shù)指標(biāo)：發(fā)火合金的純度99%，合金回收率達(dá)95%以上。發(fā)火率98%。生產(chǎn)工藝特點(diǎn)：工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，作業(yè)較易，工藝技術(shù)成熟可行；生產(chǎn)設(shè)備容易解決，修理方便；合金質(zhì)量高，成本較低；過(guò)程無(wú)污染物產(chǎn)生，利與環(huán)境保護(hù)。 航母稀土鋼是一個(gè)全新概念，船用特種鋼材的屈服強(qiáng)度一般用MPa（兆帕）表示。像油輪航母稀土鋼是一個(gè)全新概念，船用特種鋼材的屈服強(qiáng)度一般用MPa（兆帕）表示。像油輪、散裝貨船，集裝箱船等民用船所用鋼大約有250 MPa就夠使了，普通軍用船只在300 MPa以下就行。而航母、潛艇用鋼，特別

21、是航母飛行甲板用鋼一般要求在850 MPa以上。稀土鋼而就在不久之前包鋼股份自主研發(fā)的一款特種稀土鋼經(jīng)嚴(yán)格測(cè)試，屈服度高達(dá)1250MPa，達(dá)到世界最領(lǐng)先水平。1月31日，常州市人民政府新聞辦公室官方微博及常州晚報(bào)的消息披露，該市某電纜企業(yè)已“又中標(biāo)第二艘航母”。盡管此前有很多關(guān)于中國(guó)是否建造國(guó)產(chǎn)航母的話題，但這次是首次有官方機(jī)構(gòu)正式明確中國(guó)“第二艘航母”的消息。 目前，世界上能制造航母、潛艇用鋼的只有美國(guó)、日本、德國(guó)、俄羅斯等少數(shù)幾個(gè)國(guó)家。其中，質(zhì)量最好的還得數(shù)美國(guó)。具體說(shuō)，美國(guó)的HY-100，HY-80這兩個(gè)型號(hào)的鋼，是制造航母或者造核潛艇最佳鋼材。用這種鋼制造的潛艇，能下潛2000米，或更

22、深。而一般鋼制作的潛艇下潛200米，艇上的管道都會(huì)被巨大的海水水壓壓扁、壓裂的。俄國(guó)的航母用鋼也不錯(cuò)，其中AK系列鎳鉻加鈦合金鋼是世界上屈服強(qiáng)度最高的材料，可達(dá)1000MPa。其余，法國(guó)生產(chǎn)的軟鋼屈服強(qiáng)度是550MPa左右；日本制造的特種合金鋼，屈服強(qiáng)度基本在450MPa左右。由于軍備競(jìng)賽，近年來(lái)，世界上許多國(guó)家的軍艦都按照民用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，以降低艦船建造成本。但對(duì)于航母的用鋼，特別是飛行甲板用鋼的標(biāo)準(zhǔn)，世界哪個(gè)國(guó)家都不敢湊合，誰(shuí)也不敢拿自己國(guó)家的安全，拿花幾十億、上百億美元制造的航母開玩笑。像法國(guó)自己造的戴高樂號(hào)航母用的就是美國(guó)的HY80特種鋼。 稀土材料在軍事領(lǐng)域永磁材料方面中的應(yīng)用稀土永磁材

23、料 第一代稀土永磁SmCo5 第二代稀土永磁Sm2Co17 第三代稀土永磁NdFeB 第四代稀土永磁Sm-Fe-N稀土永磁材料的應(yīng)用 在微波通訊技術(shù)中的應(yīng)用 衛(wèi)星通訊、雷達(dá)技術(shù)、電子對(duì)抗技術(shù) 在電機(jī)工程中的應(yīng)用 機(jī)車內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)、遙控遙測(cè)系統(tǒng) 在儀器儀表中的應(yīng)用 導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)（加速度表） 在磁力機(jī)械中的應(yīng)用 自動(dòng)導(dǎo)航定向陀螺儀（磁力軸承）稀土超磁致伸縮材料 磁致伸縮： 物體在磁場(chǎng)中磁化時(shí)，在磁化方向上發(fā)生伸長(zhǎng)或縮短的現(xiàn)象。 1960S： Clark發(fā)現(xiàn)單晶鏑磁致伸縮應(yīng)變現(xiàn)象。 1972： 成功合成REFe2Laves相金屬間化合物。 聲吶水生換能器技術(shù)； 海洋探測(cè)與開發(fā)技術(shù)； 智能機(jī)翼技術(shù)；

24、 燃油噴射技術(shù)；稀土超磁致伸縮材料重要的能量與信息轉(zhuǎn)換功能材料； 在（Tb，Dy）Fe2等贗二元化合物的研究中，發(fā)現(xiàn)Tb1-xDyxFe2（0.68x0.73）的磁致伸縮應(yīng)變值最大，常稱為Terfenol-D，該合金由美國(guó)依阿華州阿姆斯實(shí)驗(yàn)室首先研制成功。 Terfenol-D優(yōu)點(diǎn)：輸出功率大、響應(yīng)頻率低、低壓下工作稀土超磁致伸縮材料Terfenol-D大功率低頻聲吶系統(tǒng) 用Terfenol-D制成的水生換能器，在相同體積的條件下，其共振頻率比壓電陶瓷水聲換能器共振頻率低34倍，發(fā)射功率可比壓電陶瓷水聲換能器大10倍以上。稀土超磁致伸縮材料水生換能器 稀土離子能吸收X射線、 射線、熱中子和紫外

25、線等有害射線，尤其對(duì)熱中子吸收特別有效。 將稀土高分子用做放射性防護(hù)材料，從材料講比玻璃防護(hù)材料優(yōu)越，從防護(hù)效果看可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)鉛防護(hù)材料的不足。稀土高分子防護(hù)材料稀土高分子的X射線防護(hù)材料 “Pb的弱吸收區(qū)”：傳統(tǒng)Pb屏蔽材料 4080keV 復(fù)合屏蔽材料：利用混合鑭系元素取代Pb以彌補(bǔ)Pb的弱吸收區(qū)，制得了稀土/橡膠復(fù)合材料。 這種屏蔽效果取決于： 1、鑭系元素中的各元素，其K層吸收邊隨元素原子序數(shù)的增加而逐步增高，即從La的38.9KeV到Lu的63.3keV均處于彌補(bǔ)Pb弱吸收區(qū)的理想位置； 2、由于鑭系元素中包括的不同元素K層吸收邊不同，其離子吸收所覆蓋的能量區(qū)域亦不相同，由此產(chǎn)生的遞

26、次覆蓋效果，使混合鑭系元素的粒子吸收幾乎覆蓋整個(gè)Pb的弱吸收區(qū)；稀土高分子的X射線防護(hù)材料 稀土高分子材料的熱中子屏蔽效果優(yōu)于無(wú)稀土高分子材料56倍； 其中添加Sm、Eu、Gd、Dy等元素的稀土材料的中子吸收截面最大；稀土高分子中子輻射防護(hù)材料 熱中子俘獲截面：Gd(46000b，1b=0.01m2)、Sm(5600b)、Eu(4300b)，這些稀土金屬及其化合物是優(yōu)良的核反應(yīng)堆的控制材料； Eu有最佳的核性能，具有很大的熱中子俘獲截面，而且是一個(gè)長(zhǎng)壽命的吸收體核潛艇核潛艇； Ce玻璃抗輻射性能好防原子輻射的軍事光學(xué)儀器防原子輻射的軍事光學(xué)儀器；稀土高分子中子輻射防護(hù)材料 美國(guó)：1% B：5%

27、 Gd、Sm、La，制成厚度為60mm的防輻射混凝土，用于屏蔽游泳池式反應(yīng)堆裂變中子源； 法國(guó)：石墨為基材，添加硼化合物、稀土化合物或稀土合金，研制成一種稀土防輻射材料。根據(jù)評(píng)比部位的不同要求，分別置于反應(yīng)堆通道的四周。稀土高分子中子輻射防護(hù)材料核輻射屏蔽屏蔽材料由四層單板組成，總厚度為520cm。 第一層：玻璃纖維增強(qiáng)塑料，無(wú)機(jī)粉末添加2%的稀土化合物為填料，以阻滯快中子、吸收慢中子； 第二、三層：加入硼石墨、聚苯，及10%的稀土元素，以阻滯中能中子、吸收熱中子； 第四層：采用石墨代替玻璃纖維，加入含稀土25%化合物，吸收熱中子；稀土高分子中子輻射防護(hù)材料坦克熱輻射屏蔽Sc元素的應(yīng)用簡(jiǎn)介 S

28、c在金屬材料中的應(yīng)用 Sc是許多有色金屬的優(yōu)良改性添加元素，尤其是對(duì)鋁合金具有非常神奇的合金化作用。 加入0.2%0.4%的Sc可以明顯提高合金的高溫強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、焊接性能和抗腐蝕性能。 1421合金（含Sc的鋁鋰鎂鋯合金）：運(yùn)輸機(jī)機(jī)身縱梁 Sc-Ti、Sc-Mg合金：宇宙飛船的結(jié)構(gòu)材料Sc元素的應(yīng)用簡(jiǎn)介 Sc在激光材料中的應(yīng)用 1983年，利用Sc制造釓鈧鎵石榴石（Cr,Nd:Gd3 Sc2 Ga3O12）激光晶體獲得成功。 GSGG晶體：潛艇水下激光器 核聚變研究 星球大戰(zhàn)計(jì)劃美國(guó)Sc元素的應(yīng)用簡(jiǎn)介 Sc在核工業(yè)材料中的應(yīng)用 金屬鈧：中子過(guò)濾器 Sc2S3 ：反應(yīng)堆特殊耐火材料 氫化鈧

29、：粒子加速器的靶材 Sc2O3 ：核反應(yīng)堆中最好的定位陶瓷材料稀土在放光材料中的應(yīng)用講解思路稀土發(fā)光材料的簡(jiǎn)介稀土發(fā)光材料的性質(zhì)稀土發(fā)光材料的應(yīng)用稀土發(fā)光材料的現(xiàn)狀稀土發(fā)光材料簡(jiǎn)介發(fā)光是稀土化合物光、電、磁三大功能中最突出的功能，受到人們極大的關(guān)注。就世界和美國(guó)24種稀土應(yīng)用領(lǐng)域的消費(fèi)分析結(jié)果來(lái)看，稀土發(fā)光材料的產(chǎn)值和價(jià)格均位于前列。中國(guó)的稀土應(yīng)用研究中，發(fā)光材料占主要地位。稀土元素發(fā)光的來(lái)由稀土發(fā)光是由稀土4f電子在不同能級(jí)間躍出而產(chǎn)生的，稀土元素的原子具有未充滿的受到外界屏蔽的4f5d電子組態(tài)，因此有豐富的電子能級(jí)和長(zhǎng)壽命激發(fā)態(tài)，能級(jí)躍遷通道多達(dá)20余萬(wàn)個(gè)，可以產(chǎn)生多種多樣的輻射吸收和發(fā)射

30、，構(gòu)成廣泛的發(fā)光和激光材料。稀土發(fā)光材料的制備方法 氣相法氣體冷凝法;真空蒸發(fā)法;濺射法;化學(xué)氣相沉積 法(CVD);等離子體法;化學(xué)氣相輸運(yùn)法等。 固相法高溫固相合成法;自蔓延燃燒合成法(SHS);室溫和低熱固相反應(yīng)法;低溫燃燒合成法;沖擊波 化學(xué)合成法;機(jī)械合金法 法等。 液相法沉淀法;均相沉淀法;共沉淀法;化合物沉淀法;熔鹽法;水熱氧化法;水熱沉淀法;水熱晶化法;水熱合成法;水熱脫水法;水熱陽(yáng)極氧化法;膠溶法;相轉(zhuǎn)變法;氣溶膠法;噴霧熱解法;包裹沉淀法;溶膠-凝膠法;微乳液法;微波合成法等。稀土發(fā)光材料的性質(zhì) 稀土發(fā)光具有吸收能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)換效率高，可發(fā)射從紫外線到紅外光的光譜，特別在可見光

31、區(qū)有很強(qiáng)的發(fā)射能力等優(yōu)點(diǎn)。 發(fā)光譜帶窄，色純度高，色彩鮮艷;光吸收能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)換效率高;發(fā)射波長(zhǎng)分布區(qū)域?qū)?熒光壽命從納秒跨越到毫秒達(dá)6個(gè)數(shù)量級(jí);物理和化學(xué)性能穩(wěn)定，耐高溫，可承受大功率電子束、高能輻射和強(qiáng)紫外光的作用。稀土發(fā)光材料的應(yīng)用 新型高效節(jié)能環(huán)保光源用稀土發(fā)光材料日光燈 Ca5(PO4)3(Cl,F):Sb3+,Mn2+; BaMg2Al16O27:Eu2+; MgAl11O16:Ce3+,Tb3+; Y2O3:Eu3+高壓汞燈 Y(PV)O4:Eu; YVO4:Eu,Tb黑光燈YPO4:Ce,Th; MgSrBF3:Eu固體光源 GaP;GaAs;GaN;InGaN;YAG:Ce顯示

32、和顯像數(shù)字符號(hào)顯示 發(fā)光二極管(LED)、平板圖像顯示 OLED黑白電視 Gd2O2S:Tb、彩色電視 Y2O3:Eu; Y2O2S:Eu、飛點(diǎn)掃描 Y2SiO5:Ce、X射線成像 (Zn,Cd)S:Ag; CaWO4; BaFCl:Eu2+; La2O2S:Tb3+; Gd2O2S:Tb3+激光探測(cè) 閃爍晶體 CsI,TlCl 固體激光材料 YAG:Nd3+; YAP:Nd3+; YLF:Nd3+ 玻璃激光材料 摻Nd3+硅酸鹽、硼酸鹽和磷酸鹽玻璃 液體激光 Eu3+激活的苯酰丙酮(BA)、二苯酰甲烷(DBM)、三氟乙酰丙酮(TFA)和苯三氟丙酮(BTFA)等 氣體激光 Sm(I),Eu(I

33、),Eu()，Tm(I),Yb(I),Yb()，Yb等金屬蒸氣稀土材料的現(xiàn)狀 我國(guó)稀土發(fā)光材料行業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模受制于下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況。從目前的應(yīng)用領(lǐng)域及消費(fèi)結(jié)構(gòu)看，稀土發(fā)光材料約 90% 的需求來(lái)自于節(jié)能照明及電子信息行業(yè)。因此，上述行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r將直接決定著稀土發(fā)光材料行業(yè)的發(fā)展前景。隨著人們環(huán)保節(jié)能意識(shí)的加強(qiáng)、國(guó)家節(jié)能減排戰(zhàn)略的實(shí)施以及電子信息產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，根據(jù)全國(guó)稀土熒光粉、燈協(xié)作網(wǎng)預(yù)測(cè)，到 2013 年，我國(guó)節(jié)能燈產(chǎn)量將達(dá)到近 70 億只，平板電視將超過(guò) 13,000 萬(wàn)臺(tái)，筆記本電腦、液晶顯示器和手機(jī)的產(chǎn)量也將分別達(dá)到 2.93 億臺(tái)、 1.59 億臺(tái)和 8.80 億臺(tái)，稀土發(fā)光材

34、料市場(chǎng)需求將超過(guò) 14,000 噸。稀土發(fā)光材料的軍事應(yīng)用 激光是一種新型光源, 它具有很好的單色性、方向性和相干性, 并且可達(dá)很高的亮度。 激光與稀土激光材料是同時(shí)誕生的。到目前為止, 大約90% 的激光材料都涉及到稀土。例如:以釔鋁石榴石晶體是當(dāng)今普及的一種在室溫下可獲得連續(xù)高功率輸出的激光器。激光測(cè)距 美、英、法、德等國(guó)研制的摻釹釔鋁石榴石激光測(cè)距機(jī)可測(cè)距離達(dá)4,00020,000 m 世界上第一臺(tái)激光器，是由美國(guó)休斯飛機(jī)公司的科學(xué)家梅曼于1960年，首先研制成功的。美國(guó)軍方很快就在此基礎(chǔ)上開展了對(duì)軍用激光裝置的研究。1961年，第一臺(tái)軍用激光測(cè)距儀通過(guò)了美國(guó)軍方論證試驗(yàn)，對(duì)此后激光測(cè)距

35、儀很快就進(jìn)入了實(shí)用聯(lián)合體。激光測(cè)距儀重量輕、體積小、操作簡(jiǎn)單速度快而準(zhǔn)確，其誤差僅為其它光學(xué)測(cè)距儀的五分之一到數(shù)百分之一，因而被廣泛用于地形測(cè)量，戰(zhàn)場(chǎng)測(cè)量，坦克，飛機(jī)，艦艇和火炮對(duì)目標(biāo)的測(cè)距，測(cè)量云層、飛機(jī)、導(dǎo)彈以及人造衛(wèi)星的高度等。它是提高坦克、飛機(jī)、艦艇和火炮精度的重要技術(shù)裝備。 美國(guó)的M1, 德國(guó)的“豹” 、法國(guó)的“勒克萊爾”, 日本的90 式、以色列的“梅卡瓦”, 還有英國(guó)最新研制的“挑戰(zhàn)者 2”坦克等武器系統(tǒng)都采用了這類激光測(cè)距機(jī)。目前, 有些國(guó)家正在研制新一代的人眼安全固體激光測(cè)距機(jī), 其工作波段為1.5 2.1m 。美國(guó)、英國(guó)的采用摻鈥氟化釔鋰激光器研制出手持式激光測(cè)距機(jī), 其工

36、作波段為2.06m , 測(cè)距達(dá)3 000 m 。美國(guó)還與國(guó)際激光公司聯(lián)合采用摻鉺氟化釔鋰激光器, 研制出波長(zhǎng)為1.73 m 的激光測(cè)距機(jī), 并大量裝備部隊(duì)。我國(guó)的軍用測(cè)距機(jī)激光波長(zhǎng)1.06 m , 測(cè)距200 7 000 m 。我國(guó)在發(fā)射遠(yuǎn)程火箭、導(dǎo)彈和試驗(yàn)通信衛(wèi)星中均通過(guò)激光電視經(jīng)緯儀在靶場(chǎng)測(cè)量中取得重要數(shù)據(jù)。M1主戰(zhàn)坦克豹2型坦克勒克萊爾坦克日本90式主戰(zhàn)坦克激光制導(dǎo) 激光制導(dǎo)炸彈是用激光進(jìn)行終端制導(dǎo)。對(duì)目標(biāo)照射激光采用每秒發(fā)出幾十個(gè)脈沖的NdYAG 激光器, 脈沖進(jìn)行編碼, 光脈沖能自導(dǎo)導(dǎo)彈響應(yīng), 從而可防止導(dǎo)彈發(fā)射的干擾和敵方設(shè)置的障礙。如稱作“靈巧炸彈”的美軍GBV 15滑翔炸彈。同

37、理, 也可用于制造激光制導(dǎo)炮彈?！皞刹煲淮輾А睉?zhàn)術(shù)的實(shí)質(zhì)是：偵察并定位目標(biāo)是精確制導(dǎo)武器能否充分發(fā)揮作戰(zhàn)效能的至關(guān)重要前提。如美國(guó)的GBV-15制導(dǎo)炸彈，射程100公里，裝有電視制導(dǎo)系統(tǒng)。采用直接和間接兩種制導(dǎo)方法。直接制導(dǎo)時(shí)，飛行員目視發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并使航空炸彈的尋的頭跟蹤目標(biāo)直到投彈時(shí)為止。間接制導(dǎo)時(shí)，攜帶炸彈的飛機(jī)不進(jìn)入目標(biāo)的防空區(qū)，而是準(zhǔn)確地進(jìn)入指定的瞄準(zhǔn)點(diǎn)投彈，炸彈的尋的頭在墜落的彈道上自行捕捉目標(biāo)。激光通訊 除NdYAG 可用作激光通信外, 四磷酸釹鋰晶體(LNP) 的激光輸出有偏振性, 易于調(diào)制, 被認(rèn)為是最有希望的微型激光材料之一,適于光纖通信的光源, 并可望在集成光學(xué)和宇宙通信方面獲得應(yīng)用。另外, 釔鐵石榴石(Y3Fe5O12) 單晶可用微波集成工藝來(lái)作各種靜磁表面波器件, 使器件集成化, 小型化, 在雷達(dá)遙控遙測(cè)、