稀土材料在軍事領(lǐng)域中的應用

1、稀土材料在軍事領(lǐng)域中的應用講解人 盧楊 王程博 劉士杰 肖鎮(zhèn) 于康為什么“愛國者”導彈能比較輕易地擊落“飛毛腿”？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？為什么F-22戰(zhàn)斗機可以超音速巡航？為什么“愛國者”導彈能比較輕易地擊落“飛毛腿”？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？為什么F-22戰(zhàn)斗機可以超音速巡航？相比傳統(tǒng)兵器，高技術(shù)兵器的優(yōu)點在于其更方便、更靈敏、更準確、更容易操縱。這些提起來容易，但卻集中體現(xiàn)了當今材料科學、電子科學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)和應用。稀土材料在軍事領(lǐng)域金屬方面中的應用稀土有工業(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、導彈的鋼材、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)、超導等諸多高科技的潤滑劑。從一定意義上說,美軍在中東地區(qū)的戰(zhàn)爭中能夠?qū)橙怂翢o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)和促進合金化的功能。稀土可以同鋼材中的硫、

3、氧等反應，從而消除這些低熔點有害雜質(zhì)，細化晶粒，影響鋼的相變點，從而提高鋼的力學性能和淬透性等。稀土特種鋼被廣泛應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)中也具有重要的應用，如在核輻射探測器中，利用稀土的閃耀材料，可以作為核輻射強度探測的材料。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)動機的傳動裝置，直升飛機的變速箱，飛機的著陸輪和座艙罩。在鎂合金中添加稀土金屬的優(yōu)點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，其特點是輸出功率高、耐熱、耐振動和耐腐蝕。 至于F-22超音速巡航的功能，則拜其強大的發(fā)動機以及輕而堅固的機身所賜，它們都大量使用稀土科技造就的特種材料。比如F119發(fā)動機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)說是使用了錸；而F-22的機身就更加是用稀土強化的鎂鈦合金武裝。否則，超音速巡航中，F(xiàn)119強大的動力足以摧毀它自己。1.1.1 裝甲鋼早在60 年代初期, 我國兵器工業(yè)就開始了稀土在裝甲鋼和炮鋼上

5、的應用研究, 先后生產(chǎn)了601、603、623 等稀土裝甲鋼, 開創(chuàng)了我國坦克生產(chǎn)中的關(guān)鍵原材料立足于國內(nèi)的新紀元。稀土材料在軍事領(lǐng)域材料方面中的具體應用1.1.2 稀土碳素鋼60 年代中期, 我國又在原某種優(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)靶場射擊試驗證明, 完全能滿足技術(shù)要求, 目前我國已定型投產(chǎn), 實現(xiàn)了我國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, 并能達到戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標。1.2 稀土球墨鑄鐵在現(xiàn)代軍事技術(shù)的應用過去, 我國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, 從而達到改善機械性能、物理性能和加工性能等綜合目的。國內(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、強擊機、直升機、無人駕駛機、以及導彈衛(wèi)星等現(xiàn)代軍事技術(shù)上獲得了廣泛的應用。2 鎂、鋁等有色稀土合金在現(xiàn)代軍事技術(shù)上的應用經(jīng)多年研究, 采用了特殊的礦化處理技術(shù), 研制出了穩(wěn)定廉價的氧化釔砂料與粉料, 它在比重、硬度和對鈦液的穩(wěn)定性上, 都達到了較好的水平, 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)點是: 在鑄件質(zhì)量和工藝水平與鎢面層工藝相當?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、發(fā)動機及民品鑄件。2.1 稀土鎂合金稀土鎂合金比強度較高, 能減輕飛機重量,提高戰(zhàn)術(shù)性能, 具有廣泛的應用前景。中國航空工業(yè)總公司(以下簡稱中航總) 研制的稀土鎂合金包括鑄造鎂合金及變形鎂合金約有10 個牌號, 很多牌號已用于生產(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 鑄造鎂合金已擴大用于直升機后減速機匣、殲擊機翼肋及30 kW 發(fā)電機的轉(zhuǎn)子引線壓板等重要零件。中航總與有色金屬總公司聯(lián)合研制的稀土高強鎂合金B(yǎng)M 25 已代替部分中強鋁合金, 在

9、強擊機上獲得應用。2.2 稀土鈦合金70 年代初, 北京航空材料研究院(簡稱: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度的同時, 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。它與國際同類合金相比, 在耐熱強度及工藝性能方面均具有一定的優(yōu)勢。用它制造的壓氣機匣用于W PI3發(fā)動機, 每架飛機減重達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)濟效益, 填補了我國航空發(fā)動機在500 條件下使用鑄鈦機匣的空白。研究表明,含鈰的ZT3 合金組織

10、中存在著細小的氧化鈰質(zhì)點。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Ce2O3。這些質(zhì)點在合金形變過程中阻礙了位錯運動, 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化的同時, 保持良好的熱穩(wěn)定性能。這是在鑄造鈦合金中應用難溶質(zhì)點強化理論的首次嘗試。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, 與國外含鎳的合金比較, 具有優(yōu)越的高溫和常溫力學性能, 并已達到國外同類合金的先進水平?，F(xiàn)已用于直升機和殲擊機工作溫度達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)。稀土鋁硅過共晶ZL117 合金在200300 下的拉伸強度超過西德活塞合金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 空壓機和航模發(fā)動機活塞。稀土元素加入鋁合金中, 明顯改善顯微組織和機械性能。稀土元素在鋁合金中的作用機制為: 形成分散分布, 細小的鋁化合物起著顯著的第二相強化作用; 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)晶核細化晶粒和共晶相,也是一種變質(zhì)劑; 稀土元素促進了富鐵相的形成和細化, 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, 也對提高強度和塑性有利。3.1 純稀土金屬純稀土金屬因其化學性質(zhì)活潑, 極易同氧、硫、氮作用生成穩(wěn)定的化合物, 當受到劇烈摩擦與沖擊發(fā)生火花時, 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“馬克 82 型”227 kg 航彈采用稀土金屬內(nèi)襯,除了產(chǎn)生爆炸殺傷效應處, 還產(chǎn)生縱火效應。美國空對地“阻尼人”火箭戰(zhàn)斗部內(nèi)裝108 個稀土金屬方棒作內(nèi)襯, 取代部分預制破片, 靜爆破試驗證明, 其點燃航空油料的能力

13、比無內(nèi)襯的高44% 。3.2 混合稀土金屬由于純稀土金屬的價格較為昂貴, 各國在燃燒武器中廣泛采用價廉的復合稀土金屬。復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1 7152 000 。其燃燒后熾熱體熾熱持續(xù)時間長于5m in。美軍在侵越戰(zhàn)爭中, 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。當彈體爆炸后, 每一片帶有引燃內(nèi)襯的破片都可引燃目標。當時該彈的月產(chǎn)量達20 萬發(fā), 最高達26 萬發(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 個火種, 覆蓋面積大, 與穿甲彈、破甲彈的殺傷半徑相當。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, 美國制造的一種塑料稀土金屬燃燒彈, 其彈體由玻璃纖維增強的尼龍制成, 內(nèi)裝混合稀土合金彈芯, 用于對付裝有航空燃料及類似的目標具有較佳效果。4.1 在軍事防護技術(shù)上的應用稀土元素具有防輻射特性。美國國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 的板材進行防輻射試驗。熱中子屏蔽效果優(yōu)于無稀土高分子材料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)中的主要應用包括以下幾個方面。4.1.1 核輻射屏蔽美國采用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堆裂變中子源。法國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。這種復合屏蔽材料的填料要求分布均勻并制成預制件, 根據(jù)屏蔽部位的不同要求, 分別置于反應堆通道的四周。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塑料制成, 采用無機粉末添加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)上的應用稀土氧化釔可用作沸水反應堆(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,每個原子約4 600 靶, 每個自然釓原子在失效前平均吸收

17、4 個中子。當與可裂變的鈾混合時,釓可促進燃燒, 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,在核反應時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, 目前全世界計劃興建的核反應堆149 座, 其中115 座壓水堆應用稀土氧化釓。稀土釤、銪和鏑已用作中子增殖反應堆的中子吸收劑。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 強度、抗氧化性 和 斷 裂 韌性。合 金 的 室溫 抗彎 強 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。稀土元素對粘結(jié)相有強化和作用，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)化導致了合金強度及塑性的明顯提升，合金的斷裂模式從準解理轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒖拙奂退苄詳嗔涯Ｊ?。組織強化作用，從理論上講，細化晶粒和降低孔隙度都能提高合金強度。加入稀土金屬后，合

19、金密度變化不明顯，但孔隙度降低，同時還能減緩離子擴散進行，防止晶粒繼續(xù)長大，從而使之細化。自1903年奧地利科學家馮威爾斯巴赫發(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、德國、日本等國家也大量生產(chǎn)了打火石，以滿足各國的需求。20世紀50年代，我國已能生產(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，我國生產(chǎn)發(fā)火合金及打火石的水平達到工業(yè)化及規(guī)?；Ｒ詽M足國內(nèi)外用戶的需求。2006年以來，我國的發(fā)火合金及打火石的生產(chǎn)量為全球最多，已達近千噸水平，更能滿足國內(nèi)外發(fā)展的需求。從目前看，我國已成為世界的發(fā)火合金生產(chǎn)大國，消費大國和市場貿(mào)易大國，今后世界發(fā)展將任然維持如此形勢。

20、稀土材料的其他應用 稀土發(fā)火材料主要工藝過程為：原輔材料破碎配料熔煉鑄錠檢測包裝入庫（發(fā)火合金產(chǎn)品）。主要技術(shù)指標：發(fā)火合金的純度99%，合金回收率達95%以上。發(fā)火率98%。生產(chǎn)工藝特點：工藝過程簡單，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；過程無污染物產(chǎn)生，利與環(huán)境保護。 航母稀土鋼是一個全新概念，船用特種鋼材的屈服強度一般用MPa（兆帕）表示。像油輪航母稀土鋼是一個全新概念，船用特種鋼材的屈服強度一般用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)嚴格測試，屈服度高達1250MPa，達到世界最領(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的消息披露，該市某電纜企業(yè)已“又中標第二艘航母”。盡管此前有很多關(guān)于中國是否建造國產(chǎn)航母的話題，但這次是首次有官方機構(gòu)正式明確中國“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、日本、德國、俄羅斯等少數(shù)幾個國家。其中，質(zhì)量最好的還得數(shù)美國。具體說，美國的HY-100，HY-80這兩個型號的鋼，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，艇上的管道都會被巨大的海水水壓壓扁、壓裂的。俄國的航母用鋼也不錯，其中AK系列鎳鉻加鈦合金鋼是世界上屈服強度最高的材料，可達1000MPa。其余，法國生產(chǎn)的軟鋼屈服強度是550MPa左右；日本制造的特種合金鋼，屈服強度基本在450MPa左右。由于軍備競賽，近年來，世界上許多國家的軍艦都按照民用標準設(shè)計，以降低艦船建造成本。但對于航母的用鋼，特別是飛行甲板用鋼的標準，世界哪個國家都不敢湊合，誰也不敢拿自己國家的安全，拿花幾十億、上百億美元制造的航母開玩笑。像法國自己造的戴高樂號航母用的就是美國的HY80特種鋼。 稀土材料在軍事領(lǐng)域永磁材料方面中的應用稀土永磁材

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稀土永磁材料的應用 在微波通訊技術(shù)中的應用 衛(wèi)星通訊、雷達技術(shù)、電子對抗技術(shù) 在電機工程中的應用 機車內(nèi)燃機點火系統(tǒng)、遙控遙測系統(tǒng) 在儀器儀表中的應用 導彈制導系統(tǒng)（加速度表） 在磁力機械中的應用 自動導航定向陀螺儀（磁力軸承）稀土超磁致伸縮材料 磁致伸縮： 物體在磁場中磁化時，在磁化方向上發(fā)生伸長或縮短的現(xiàn)象。 1960S： Clark發(fā)現(xiàn)單晶鏑磁致伸縮應變現(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)； 海洋探測與開發(fā)技術(shù)； 智能機翼技術(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）的磁致伸縮應變值最大，常稱為Terfenol-D，該合金由美國依阿華州阿姆斯實驗室首先研制成功。 Terfenol-D優(yōu)點：輸出功率大、響應頻率低、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，尤其對熱中子吸收特別有效。 將稀土高分子用做放射性防護材料，從材料講比玻璃防護材料優(yōu)越，從防護效果看可以彌補傳統(tǒng)鉛防護材料的不足。稀土高分子防護材料稀土高分子的X射線防護材料 “Pb的弱吸收區(qū)”：傳統(tǒng)Pb屏蔽材料 4080keV 復合屏蔽材料：利用混合鑭系元素取代Pb以彌補Pb的弱吸收區(qū)，制得了稀土/橡膠復合材料。 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Pb的弱吸收區(qū)；稀土高分子的X射線防護材料 稀土高分子材料的熱中子屏蔽效果優(yōu)于無稀土高分子材料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，而且是一個長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儀器防原子輻射的軍事光學儀器；稀土高分子中子輻射防護材料 美國：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堆裂變中子源； 法國：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)評比部位的不同要求，分別置于反應堆通道的四周。稀土高分子中子輻射防護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：玻璃纖維增強塑料，無機粉末添加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材料坦克熱輻射屏蔽Sc元素的應用簡介 S

28、c在金屬材料中的應用 Sc是許多有色金屬的優(yōu)良改性添加元素，尤其是對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）：運輸機機身縱梁 Sc-Ti、Sc-Mg合金：宇宙飛船的結(jié)構(gòu)材料Sc元素的應用簡介 Sc在激光材料中的應用 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)計劃美國Sc元素的應用簡介 Sc在核工業(yè)材料中的應用 金屬鈧：中子過濾器 Sc2S3 ：反應堆特殊耐火材料 氫化鈧

29、：粒子加速器的靶材 Sc2O3 ：核反應堆中最好的定位陶瓷材料稀土在放光材料中的應用講解思路稀土發(fā)光材料的簡介稀土發(fā)光材料的性質(zhì)稀土發(fā)光材料的應用稀土發(fā)光材料的現(xiàn)狀稀土發(fā)光材料簡介發(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24種稀土應用領(lǐng)域的消費分析結(jié)果來看，稀土發(fā)光材料的產(chǎn)值和價格均位于前列。中國的稀土應用研究中，發(fā)光材料占主要地位。稀土元素發(fā)光的來由稀土發(fā)光是由稀土4f電子在不同能級間躍出而產(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和長壽命激發(fā)態(tài)，能級躍遷通道多達20余萬個，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;化學氣相沉積 法(CVD);等離子體法;化學氣相輸運法等。 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法;低溫燃燒合成法;沖擊波 化學合成法;機械合金法 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，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)有很強的發(fā)射能力等優(yōu)點。 發(fā)光譜帶窄，色純度高，色彩鮮艷;光吸收能力強，轉(zhuǎn)換效率高;發(fā)射波長分布區(qū)域?qū)?熒光壽命從納秒跨越到毫秒達6個數(shù)量級;物理和化學性能穩(wěn)定，耐高溫，可承受大功率電子束、高能輻射和強紫外光的作用。稀土發(fā)光材料的應用 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、飛點掃描 Y2SiO5:Ce、X射線成像 (Zn,Cd)S:Ag; CaWO4; BaFCl:Eu2+; La2O2S:Tb3+; Gd2O2S:Tb3+激光探測 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。從目前的應用領(lǐng)域及消費結(jié)構(gòu)看，稀土發(fā)光材料約 90% 的需求來自于節(jié)能照明及電子信息行業(yè)。因此，上述行業(yè)的發(fā)展狀況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)能意識的加強、國家節(jié)能減排戰(zhàn)略的實施以及電子信息產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，根據(jù)全國稀土熒光粉、燈協(xié)作網(wǎng)預測，到 2013 年，我國節(jié)能燈產(chǎn)量將達到近 70 億只，平板電視將超過 13,000 萬臺，筆記本電腦、液晶顯示器和手機的產(chǎn)量也將分別達到 2.93 億臺、 1.59 億臺和 8.80 億臺，稀土發(fā)光材

34、料市場需求將超過 14,000 噸。稀土發(fā)光材料的軍事應用 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, 并且可達很高的亮度。 激光與稀土激光材料是同時誕生的。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。激光測距 美、英、法、德等國研制的摻釹釔鋁石榴石激光測距機可測距離達4,00020,000 m 世界上第一臺激光器，是由美國休斯飛機公司的科學家梅曼于1960年，首先研制成功的。美國軍方很快就在此基礎(chǔ)上開展了對軍用激光裝置的研究。1961年，第一臺軍用激光測距儀通過了美國軍方論證試驗，對此后激光測距

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

36、作波段為2.06m , 測距達3 000 m 。美國還與國際激光公司聯(lián)合采用摻鉺氟化釔鋰激光器, 研制出波長為1.73 m 的激光測距機, 并大量裝備部隊。我國的軍用測距機激光波長1.06 m , 測距200 7 000 m 。我國在發(fā)射遠程火箭、導彈和試驗通信衛(wèi)星中均通過激光電視經(jīng)緯儀在靶場測量中取得重要數(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 激光制導炸彈是用激光進行終端制導。對目標照射激光采用每秒發(fā)出幾十個脈沖的NdYAG 激光器, 脈沖進行編碼, 光脈沖能自導導彈響應, 從而可防止導彈發(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炮彈?！皞刹煲淮輾А睉?zhàn)術(shù)的實質(zhì)是：偵察并定位目標是精確制導武器能否充分發(fā)揮作戰(zhàn)效能的至關(guān)重要前提。如美國的GBV-15制導炸彈，射程100公里，裝有電視制導系統(tǒng)。采用直接和間接兩種制導方法。直接制導時，飛行員目視發(fā)現(xiàn)目標并使航空炸彈的尋的頭跟蹤目標直到投彈時為止。間接制導時，攜帶炸彈的飛機不進入目標的防空區(qū)，而是準確地進入指定的瞄準點投彈，炸彈的尋的頭在墜落的彈道上自行捕捉目標。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, 并可望在集成光學和宇宙通信方面獲得應用。另外, 釔鐵石榴石(Y3Fe5O12) 單晶可用微波集成工藝來作各種靜磁表面波器件, 使器件集成化, 小型化, 在雷達遙控遙測、