היישום של חומרי אדמה נדירים בטכנולוגיה צבאית מודרנית

כדורי אדמה נדירים,הידוע כ"אוצר החומרים החדשים", כחומר פונקציונלי מיוחד, יכול לשפר מאוד את האיכות והביצועים של מוצרים אחרים, וידועים כ"ויטמינים" של התעשייה המודרנית.הם נמצאים לא רק בשימוש נרחב בתעשיות מסורתיות כגון מתכות, פטרוכימיה, קרמיקה זכוכית, ספינינג צמר, עור וחקלאות, אלא גם ממלאים תפקיד הכרחי בחומרים כגון הקרינה, מגנטיות, לייזר, תקשורת סיבים אופטיים, אנרגיית אחסון מימן, מוליכות-על וכו', זה משפיע ישירות על המהירות ורמת הפיתוח של תעשיות היי-טק מתפתחות כמו מכשירים אופטיים, אלקטרוניקה, תעופה וחלל ותעשייה גרעינית.טכנולוגיות אלו יושמו בהצלחה בטכנולוגיה צבאית, מה שמקדם מאוד את פיתוח הטכנולוגיה הצבאית המודרנית.

התפקיד המיוחד שמילאאדמה נדירהחומרים חדשים בטכנולוגיה צבאית מודרנית משכו תשומת לב רבה מצד ממשלות ומומחים של מדינות שונות, כמו למשל הרשימה כמרכיב מפתח בפיתוח תעשיות היי-טק וטכנולוגיה צבאית על ידי מחלקות רלוונטיות של מדינות כמו ארצות הברית ויפן.

מבוא קצר לאדמה נדירהs והקשר שלהם עם ההגנה הצבאית והלאומית
באופן קפדני, לכל רכיבי כדור הארץ הנדירים יש יישומים צבאיים מסוימים, אך התפקיד הקריטי ביותר שהם ממלאים בתחומי ההגנה הלאומית והצבאית צריך להיות ביישומים כגון טווחי לייזר, הנחיית לייזר ותקשורת לייזר.

היישומון שלאדמה נדירהפלדה ואדמה נדירהברזל רקיע בטכנולוגיה צבאית מודרנית

1.1 יישום שלאדמה נדירהפלדה בטכנולוגיה צבאית מודרנית

הפונקציה כוללת שני היבטים: טיהור וסגסוג, בעיקר הסרת גופרית, הסרת חמצון והסרת גזים, ביטול השפעת זיהומים מזיקים בנקודת התכה נמוכה, זיקוק תבואה ומבנה, השפעה על נקודת מעבר הפאזות של פלדה ושיפור יכולת ההתקשות והתכונות המכניות שלה.אנשי מדע וטכנולוגיה צבאיים פיתחו חומרי אדמה נדירים רבים המתאימים לשימוש בכלי נשק על ידי ניצול התכונות שלאדמה נדירה.

1.1.1 פלדת שריון

כבר בתחילת שנות ה-60, תעשיית הנשק של סין החלה לחקור את היישום של כדורי אדמה נדירים בפלדת שריון ופלדת רובים, ויוצרה ברציפותאדמה נדירהפלדת שריון כמו 601, 603 ו-623, פותחת עידן חדש של חומרי גלם מרכזיים לייצור טנקים בסין המבוססים על ייצור מקומי.

1.1.2אדמה נדירהפלדת פחמן

באמצע שנות ה-60, סין הוסיפה 0.05%אדמה נדירהאלמנטים לייצור פלדת פחמן איכותית מסוימתאדמה נדירהפלדת פחמן.ערך ההשפעה לרוחב של פלדת אדמה נדירה זו גדל ב-70% עד 100% בהשוואה לפלדת הפחמן המקורית, וערך ההשפעה ב-40 ℃ כמעט מוכפל.מארז המחסניות בקוטר הגדול העשוי מפלדה זו הוכח באמצעות מבחני ירי במטווח כדי לעמוד בדרישות הטכניות במלואן.נכון לעכשיו, סין השלימה והוציאה אותו לייצור, תוך מימוש משאלתה ארוכת השנים של סין להחליף נחושת בפלדה בחומר מחסנית.

1.1.3 פלדת מנגן גבוהה באדמה נדירה ופלדה יצוקה של אדמה נדירה

אדמה נדירהפלדת מנגן גבוהה משמשת לייצור לוחות מסלול טנקים, בעודאדמה נדירהפלדה יצוקה משמשת לייצור כנפי זנב, בלמי לוע ורכיבים מבניים ארטילריים עבור פגזים חודרים במהירות גבוהה.זה יכול להפחית את שלבי העיבוד, לשפר את ניצול הפלדה ולהשיג אינדיקטורים טקטיים וטכניים.

1.2 יישום של ברזל יצוק נודולרי כדור הארץ נדיר בטכנולוגיה צבאית מודרנית

בעבר, חומרי הקליע הקדמי של סין היו עשויים מברזל יצוק חצי קשיח העשוי מברזל חזיר איכותי מעורבב עם 30% עד 40% גרוטאות פלדה.בשל חוזק נמוך, שבירות גבוהה, פיצול יעיל נמוך ולא חד לאחר פיצוץ, וכוח הרג חלש, הפיתוח של גופי קליע תא קדמי הוגבל פעם.מאז 1963, קליברים שונים של פגזי מרגמה יוצרו באמצעות ברזל רקיע עפר נדיר, אשר הגדיל את התכונות המכניות שלהם פי 1-2, הכפיל את מספר השברים היעילים וחידד את קצוות השברים, מה שהגביר מאוד את כוח ההרג שלהם.פגז הקרב של סוג מסוים של פגז תותח ופגז אקדח שדה העשויים מחומר זה בארצנו הוא בעל מספר אפקטיבי מעט יותר של פיצול ורדיוס הרג צפוף מאשר פגז הפלדה.

היישום של לא ברזליותסגסוגת אדמה נדירהs כגון מגנזיום ואלומיניום בטכנולוגיה צבאית מודרנית

כדורי אדמה נדיריםבעלי פעילות כימית גבוהה ורדיוסים אטומיים גדולים.כאשר מוסיפים למתכות לא ברזליות וסגסוגות שלהן, הן יכולות לעדן את גודל הגרגרים, למנוע הפרדה, להסיר גזים, זיהומים ולטהר ולשפר את המבנה המטאלוגרפי, ובכך להשיג מטרות מקיפות כמו שיפור תכונות מכניות, תכונות פיזיקליות וביצועי עיבוד.עובדי חומר מקומיים וזרים ניצלו את המאפיינים שלכדורי אדמה נדיריםלפתח חדשאדמה נדירהסגסוגות מגנזיום, סגסוגות אלומיניום, סגסוגות טיטניום וסגסוגות בטמפרטורה גבוהה.מוצרים אלו היו בשימוש נרחב בטכנולוגיות צבאיות מודרניות כגון מטוסי קרב, מטוסי סער, מסוקים, כלי טיס בלתי מאוישים ולווייני טילים.

2.1אדמה נדירהסגסוגת מגנזיום

אדמה נדירהסגסוגות מגנזיום בעלות חוזק ספציפי גבוה, יכולות להפחית את משקל המטוס, לשפר ביצועים טקטיים, ובעלות סיכויי יישום רחבים.האדמה נדירהסגסוגות מגנזיום שפותחו על ידי China Aviation Industry Corporation (להלן AVIC) כוללות כ-10 דרגות של סגסוגות מגנזיום יצוקות וסגסוגות מגנזיום מעוותות, שרבות מהן שימשו בייצור ובעלות איכות יציבה.לדוגמה, סגסוגת מגנזיום יצוקה ZM 6 עם נאודיום מתכת נדירה של אדמה נדירה כתוסף העיקרי הורחבה לשימוש בחלקים חשובים כגון מארזי צמצום אחוריים של מסוקים, צלעות כנף קרב ולוחות לחץ עופרת רוטור עבור גנרטורים של 30 קילוואט.סגסוגת המגנזיום BM25 בעלת חוזק גבוה של אדמה נדירה שפותחה במשותף על ידי תאגיד תעופה סין ותאגיד מתכות לא ברזליות, החליפה כמה סגסוגות אלומיניום בחוזק בינוני ויושמה במטוסי פגיעה.

2.2אדמה נדירהסגסוגת טיטניום

בתחילת שנות ה-70, המכון לחומרי אווירונאוטיקה בבייג'ין (המכונה המכון) החליף חלק מאלומיניום וסיליקון במתכת אדמה נדירה צריום (Ce) בסגסוגות טיטניום Ti-A1-Mo, הגבלת משקעים של שלבים שבירים ושיפור עמידות הסגסוגת בחום והיציבות התרמית.על בסיס זה פותחה סגסוגת טיטניום יצוקה בעלת ביצועים גבוהים ZT3 המכילה cerium.בהשוואה לסגסוגות בינלאומיות דומות, יש לה יתרונות מסוימים בעמידות בחום, בחוזק ובביצועי התהליך.מארז המדחס המיוצר עמו משמש למנוע W PI3 II, מפחית את משקלו של כל מטוס ב-39 ק"ג ומגדיל את יחס הדחף למשקל ב-1.5%.בנוסף, שלבי העיבוד מצטמצמים בכ-30%, משיגים יתרונות טכניים וכלכליים משמעותיים, וממלאים את הפער של שימוש במארזי טיטניום יצוקים למנועי תעופה בסין בתנאי 500 ℃.מחקרים הראו שיש קטניםתחמוצת צריוםחלקיקים במבנה המיקרו של סגסוגת ZT3 המכילהצריום.סריוםמשלב חלק של חמצן בסגסוגת ליצירת קשיות עקשנית וגבוההתחמוצת אדמה נדירהחומר, Ce2O3.חלקיקים אלה מעכבים את התנועה של נקעים במהלך עיוות הסגסוגת, ומשפרים את הביצועים בטמפרטורה גבוהה של הסגסוגת.סריוםלוכד כמה זיהומי גז (במיוחד בגבולות התבואה), מה שעשוי לחזק את הסגסוגת תוך שמירה על יציבות תרמית טובה.זהו הניסיון הראשון ליישם את התיאוריה של חיזוק נקודות מומסות קשה ביציקת סגסוגות טיטניום.בנוסף, לאחר שנים של מחקר, המכון לחומרי תעופה התפתח יציב ולא יקרתחמוצת איטריוםחומרי חול ואבקה בתהליך היציקה המדויקת של תמיסת סגסוגת טיטניום, תוך שימוש בטכנולוגיה מיוחדת לטיפול במינרליזציה.הוא השיג רמות טובות במשקל סגולי, קשיות ויציבות לנוזל טיטניום.במונחים של התאמה ובקרה על הביצועים של תמיסת המעטפת, היא הראתה עליונות רבה יותר.היתרון הבולט בשימוש במעטפת תחמוצת איטריום לייצור יציקות טיטניום הוא שבתנאים שבהם איכות ורמת התהליך של היציקות דומות לזו של תהליך שכבת פני השטח של טונגסטן, ניתן לייצר יציקות מסגסוגת טיטניום שהן דקות יותר מאלה. של תהליך שכבת משטח טונגסטן.נכון לעכשיו, תהליך זה נמצא בשימוש נרחב בייצור מטוסים שונים, מנועים ויציקות אזרחיות.

2.3אדמה נדירהסגסוגת אלומיניום

סגסוגת האלומיניום היצוקה HZL206 עמידה בחום המכילה אדמה נדירה שפותחה על ידי AVIC היא בעלת תכונות מכניות מעולות בטמפרטורה גבוהה ובטמפרטורת החדר בהשוואה לסגסוגות המכילות ניקל בחו"ל, והגיעה לרמה מתקדמת של סגסוגות דומות בחו"ל.הוא משמש כעת כשסתום עמיד בלחץ עבור מסוקים ומטוסי קרב עם טמפרטורת עבודה של 300 ℃, המחליף פלדה וסגסוגות טיטניום.משקל מבני מופחת והוכנס לייצור המוני.חוזק המתיחה שלאדמה נדירהסגסוגת אלומיניום סיליקון היפראוטקטית ZL117 ב-200-300 ℃ גבוהה מזו של סגסוגות הבוכנה KS280 ו-KS282 של מערב גרמניה.עמידות הבלאי שלו גבוהה פי 4-5 מזו של סגסוגות בוכנה נפוצות ZL108, עם מקדם קטן של התפשטות ליניארית ויציבות מימדית טובה.הוא שימש באביזרי תעופה KY-5, KY-7 מדחסי אוויר ובוכנות מנוע מדגם תעופה.התוספת שלאדמה נדירהאלמנטים לסגסוגות אלומיניום משפר באופן משמעותי את המיקרו-מבנה ואת התכונות המכניות.מנגנון הפעולה של יסודות אדמה נדירים בסגסוגות אלומיניום הוא יצירת חלוקה מפוזרת, ותרכובות אלומיניום קטנות ממלאות תפקיד משמעותי בחיזוק השלב השני;התוספת שלאדמה נדירהאלמנטים ממלאים תפקיד בהסרת גז ובטיהור, ובכך מפחיתים את מספר הנקבוביות בסגסוגת ומשפרים את ביצועיה;אדמה נדירהתרכובות אלומיניום, כגרעיני גביש הטרוגניים לעידון דגנים ושלבים אוטקטיים, הן גם סוג של משנה;יסודות אדמה נדירים מקדמים היווצרות ועידון של שלבים עשירים בברזל, ומפחיתים את ההשפעות המזיקות שלהם.α— כמות התמיסה המוצקה של ברזל ב-A1 יורדת עם העלייה שלאדמה נדירהבנוסף, המועיל גם לשיפור החוזק והפלסטיות.

היישומון שלאדמה נדירהחומרי בעירה בטכנולוגיה צבאית מודרנית

3.1 טהורמתכות אדמה נדירות

טָהוֹרמתכות אדמה נדירות, בשל התכונות הכימיות הפעילות שלהם, נוטים להגיב עם חמצן, גופרית וחנקן ליצירת תרכובות יציבות.כאשר הם נתונים לחיכוך ולפגיעה אינטנסיביים, ניצוצות עלולים להצית חומרים דליקים.לכן, כבר בשנת 1908, נעשה ממנו צור.נמצא שבין ה-17אדמה נדירהאלמנטים, שישה אלמנטים כוללצריום, לנתנום, ניאודימיום, פרסאודימיום, סמאריום, ואיטריוםיש ביצועי הצתה טובים במיוחד.אנשים הפכו את תכונות ההצתה של rהן מתכות אדמהלסוגים שונים של כלי נשק מדליקים, כמו הטיל האמריקאי Mark 82 227 ק"ג, המשתמשמתכת אדמה נדירהבטנה, אשר לא רק מייצרת השפעות הרג נפץ אלא גם השפעות הצתות.ראש הטיל האמריקאי "Damping Man" מצויד ב-108 מוטות מרובעים ממתכת אדמה נדירה כספינות, ומחליפים כמה שברים מוכנים.בדיקות פיצוץ סטטיות הראו שהיכולת שלו להצית דלק תעופה גבוהה ב-44% מזו של דלק תעופה לא מרופדת.

3.2 מעורבמתכת אדמה נדירהs

בשל המחיר הגבוה של טהורמתכות אדמה נדירות,מדינות שונות משתמשות רבות ברכיבים מרוכבים זוליםמתכת אדמה נדירהs בנשק בעירה.המרוכבמתכת אדמה נדירהחומר בעירה מועמס לתוך מעטפת המתכת בלחץ גבוה, עם צפיפות חומר בעירה של (1.9~2.1) × 103 ק"ג/מ"ק, מהירות בעירה 1.3-1.5 מ"ש, קוטר להבה של כ-500 מ"מ, טמפרטורת להבה גבוהה כמו 1715-2000 ℃.לאחר הבעירה, משך חימום גוף הליבון ארוך מ-5 דקות.במהלך מלחמת וייטנאם, צבא ארה"ב שיגר רימון תבערה בקוטר 40 מ"מ באמצעות משגר, וצינת ההצתה בפנים הייתה עשויה ממתכת אדמה נדירה מעורבת.לאחר התפוצצות הקליע, כל שבר עם אניה מצית יכול להצית את המטרה.באותה תקופה, הייצור החודשי של הפצצה הגיע ל-200000 סיבובים, עם מקסימום של 260000 סיבובים.

3.3אדמה נדירהסגסוגות בעירה

Aאדמה נדירהסגסוגת בעירה במשקל 100 גרם יכולה ליצור 200-3000 ניצוצות עם שטח כיסוי גדול, השווה לרדיוס ההרג של ניקוב שריון ופגזי שריון.לכן, פיתוח תחמושת רב תכליתית עם כוח בעירה הפך לאחד הכיוונים העיקריים של פיתוח תחמושת בבית ומחוץ.עבור פגזי פירסינג ושריון, הביצועים הטקטיים שלהם דורשים שלאחר חדירת שריון טנק האויב, הם יכולים גם להצית את הדלק והתחמושת שלהם כדי להשמיד את הטנק לחלוטין.עבור רימונים, נדרש להצית אספקה ​​צבאית ומתקנים אסטרטגיים בטווח ההרג שלהם.דווח כי לפצצת תבערה ממתכת אדמה נדירה מפלסטיק מתוצרת ארה"ב יש גוף עשוי ניילון מחוזק בפיברגלס וליבה מעורבת מסגסוגת אדמה נדירה, המשמשת להשפעה טובה יותר נגד מטרות המכילות דלק תעופה וחומרים דומים.

יישום של 4אדמה נדירהחומרים בהגנה צבאית וטכנולוגיה גרעינית

4.1 יישום בטכנולוגיית הגנה צבאית

ליסודות אדמה נדירים יש תכונות עמידות בפני קרינה.המרכז הלאומי לחתכי ניוטרונים בארצות הברית השתמש בחומרים פולימריים כמצע ויצר שני סוגי לוחות בעובי של 10 מ"מ עם או בלי תוספת של יסודות אדמה נדירים לבדיקת הגנה מפני קרינה.התוצאות מראות כי אפקט מיגון נויטרונים תרמי שלאדמה נדירהחומרים פולימריים טובים פי 5-6 מזה שלאדמה נדירהחומרים פולימריים בחינם.חומרי האדמה הנדירים בתוספת אלמנטים כגוןסמאריום, אירופיום, גדוליניום, דיספרוזיום, וכו' בעלי החתך הגבוה ביותר של ספיגת נויטרונים ויש להם השפעה טובה על לכידת נויטרונים.נכון לעכשיו, היישומים העיקריים של חומרים נגד קרינה אדמה נדירים בטכנולוגיה צבאית כוללים את ההיבטים הבאים.

4.1.1 מיגון קרינה גרעינית

ארצות הברית משתמשת ב-1% בורון ו-5% ביסודות אדמה נדיריםגדוליניום, סמאריום, ולנתנוםלייצר בטון עמיד לקרינה בעובי של 600 מטר למיגון מקורות נויטרונים ביקוע בכורים לבריכות שחייה.צרפת פיתחה חומר הגנה מפני קרינה מאדמה נדירה על ידי הוספת בורידים,אדמה נדירהתרכובות, אוסגסוגות אדמה נדירותלגרפיט כמצע.חומר המילוי של חומר המיגון המרוכב הזה נדרש להתפזר באופן שווה ולהפוך אותו לחלקים מוכנים, אשר ממוקמים סביב תעלת הכור בהתאם לדרישות השונות של חלקי המיגון.

4.1.2 מיגון קרינה תרמית של מיכל

הוא מורכב מארבע שכבות של פורניר, בעובי כולל של 5-20 ס"מ.השכבה הראשונה עשויה מפלסטיק מחוזק בסיבי זכוכית, בתוספת אבקה אנאורגנית עם 2%אדמה נדירהתרכובות כחומרי מילוי לחסימת נויטרונים מהירים ולספוג נויטרונים איטיים;השכבה השנייה והשלישית מוסיפות גרפיט בורון, פוליסטירן ויסודות אדמה נדירים המהווים 10% מכמות חומר המילוי הכוללת לשכבה הראשונה כדי לחסום נויטרונים באנרגיה בינונית ולספוג נויטרונים תרמיים;השכבה הרביעית משתמשת בגרפיט במקום בסיבי זכוכית, ומוסיפה 25%אדמה נדירהתרכובות לקליטת נויטרונים תרמיים.

4.1.3 אחרים

מגיש בקשהאדמה נדירהציפויים נגד קרינה של טנקים, ספינות, מקלטים וציוד צבאי אחר יכולים להיות בעלי השפעה נגד קרינה.

4.2 יישום בטכנולוגיה גרעינית

אדמה נדירהתחמוצת איטריוםיכול לשמש כבולם בעירה לדלק אורניום בכורי מים רותחים (BWR).בין כל המרכיבים,גדוליניוםבעל היכולת החזקה ביותר לקלוט נויטרונים, עם כ-4600 מטרות לכל אטום.כל אחד טבעיגדוליניוםהאטום סופג בממוצע 4 נויטרונים לפני כשל.כאשר מערבבים עם אורניום בקיע,גדוליניוםיכול לקדם בעירה, להפחית את צריכת האורניום ולהגדיל את תפוקת האנרגיה.תחמוצת גדוליניוםאינו מייצר תוצר לוואי מזיק של דאוטריום כמו בורון קרביד, ויכול להיות תואם הן לדלק אורניום והן לחומר הציפוי שלו במהלך תגובות גרעיניות.היתרון בשימושגדוליניוםבמקום בורון זהגדוליניוםניתן לערבב ישירות עם אורניום כדי למנוע התפשטות מוטות דלק גרעיניים.לפי הסטטיסטיקה, ישנם כיום 149 כורים גרעיניים מתוכננים ברחבי העולם, מתוכם 115 כורי מים בלחץ משתמשים באדמה נדירהתחמוצת גדוליניום. אדמה נדירהסמאריום, אירופיום, ודיספרוזיוםשימשו כבולמי נויטרונים אצל מגדלי נויטרונים.אדמה נדירה איטריוםבעל חתך לכידה קטן בניוטרונים והוא יכול לשמש כחומר צינור לכורי מלח מותך.נייר כסף דק בתוספתאדמה נדירה גדוליניוםודיספרוזיוםיכול לשמש כגלאי שדה נויטרונים בהנדסת תעופה וחלל ותעשייה גרעינית, כמויות קטנות שלאדמה נדירהטוליוםוארביוםיכול לשמש כחומרי מטרה למחוללי נויטרונים בצינור אטום, ותחמוצת אדמה נדירהקרמיקת מתכת מברזל אירופיום יכולה לשמש לייצור לוחות תמיכה משופרים לשליטה בכור.אדמה נדירהגדוליניוםיכול לשמש גם כתוסף ציפוי למניעת קרינת נויטרונים, וכלי רכב משוריינים מצופים בציפויים מיוחדים המכיליםתחמוצת גדוליניוםיכול למנוע קרינת נויטרונים.אדמה נדירה איטרביוםמשמש בציוד למדידת הגיאוסטרס הנגרמת מפיצוצים גרעיניים תת-קרקעיים.מתיאוזן נדירהחאיטרביוםנתון לכוח, ההתנגדות גדלה, וניתן להשתמש בשינוי בהתנגדות כדי לחשב את הלחץ אליו הוא נתון.מְקַשֵׁראדמה נדירה גדוליניוםניתן להשתמש בנייר כסף שהופקד על ידי שקיעת אדים וציפוי מדורג עם אלמנט רגיש ללחץ כדי למדוד מתח גרעיני גבוה.

5, יישום שלאדמה נדירהחומרים מגנטים קבועים בטכנולוגיה צבאית מודרנית

האדמה נדירהחומר מגנט קבוע, הנחשב לדור החדש של מלכים מגנטיים, ידוע כיום כחומר המגנט הקבוע בעל הביצועים המקיפים ביותר.יש לו יותר מפי 100 תכונות מגנטיות גבוהות יותר מהפלדה המגנטית ששימשה בציוד צבאי בשנות ה-70.נכון לעכשיו, הוא הפך לחומר חשוב בתקשורת טכנולוגית אלקטרונית מודרנית, המשמש בצינורות גלים ומחזורים בלוויינים מלאכותיים של כדור הארץ, מכ"מים ותחומים אחרים.לכן, יש לה משמעות צבאית משמעותית.

סמריוםמגנטים מקובלט ומגנטים מברזל ניאודימיום בורון משמשים למיקוד קרן אלקטרונים במערכות הנחיית טילים.מגנטים הם מכשירי המיקוד העיקריים של קרני אלקטרונים ומשדרים נתונים למשטח הבקרה של הטיל.ישנם כ-5-10 פאונד (2.27-4.54 ק"ג) של מגנטים בכל התקן הנחיית מיקוד של הטיל.בנוסף,אדמה נדירהמגנטים משמשים גם להנעת מנועים חשמליים ולסיבוב הגה של טילים מונחים.היתרונות שלהם טמונים בתכונות המגנטיות החזקות יותר ומשקלם הקל יותר בהשוואה למגנטי אלומיניום ניקל קובלט המקוריים.

6. יישום שלאדמה נדירהחומרי לייזר בטכנולוגיה צבאית מודרנית

לייזר הוא סוג חדש של מקור אור בעל מונוכרומטיות טובה, כיווניות וקוהרנטיות, ויכול להשיג בהירות גבוהה.לייזר ואדמה נדירהחומרי לייזר נולדו בו זמנית.עד כה, כ-90% מחומרי הלייזר מעורביםכדורי אדמה נדירים.לדוגמה,איטריוםקריסטל נופך אלומיניום הוא לייזר בשימוש נרחב שיכול להשיג תפוקת הספק רציפה בטמפרטורת החדר.היישום של לייזרים במצב מוצק בצבא המודרני כולל את ההיבטים הבאים.

6.1 טווח לייזר

הניאודימיוםמסוממיםאיטריוםמד טווח לייזר נופך אלומיניום שפותח על ידי מדינות כמו ארצות הברית, בריטניה, צרפת וגרמניה יכול למדוד מרחקים של עד 4000 עד 20000 מטר עם דיוק של 5 מטר.מערכות הנשק כגון MI האמריקאי, Leopard II של גרמניה, Leclerc של צרפת, Type 90 של יפן, מכה של ישראל וטנק צ'לנג'ר 2 האחרון שפותח בבריטניה, כולם משתמשים בסוג זה של מד טווח לייזר.נכון לעכשיו, מדינות מסוימות מפתחות דור חדש של מדדי טווח לייזר מוצקים לבטיחות העין האנושית, עם טווח אורכי גל עבודה של 1.5-2.1 מיקרומטר. מדדי טווח לייזר כף יד פותחו באמצעותהולמיוםמסוממיםאיטריוםלייזרים ליתיום פלואוריד בארצות הברית ובבריטניה, עם אורך גל עבודה של 2.06 מיקרומטר, הנעים עד 3000 מ'.ארצות הברית גם שיתפה פעולה עם חברות לייזר בינלאומיות לפיתוח חומר מסומם בארביוםאיטריוםלייזר ליתיום פלואוריד עם אורך גל של 1.73 μM מד טווח לייזר ומצויד בכוחות גדולים.אורך גל הלייזר של מד הטווח הצבאי של סין הוא 1.06 מיקרומטר, נע בין 200 ל-7000 מ'.סין משיגה נתונים חשובים מתיאודוליטים של טלוויזיה בלייזר במדידות טווח מטרה במהלך שיגור רקטות ארוכות טווח, טילים ולווייני תקשורת ניסיוניים.

6.2 הנחיית לייזר

פצצות מונחות לייזר משתמשות בלייזרים להנחיה מסוף.לייזר Nd · YAG, הפולט עשרות פולסים בשנייה, משמש להקרנת לייזר המטרה.הפולסים מקודדים ופולסי האור יכולים להנחות בעצמם את תגובת הטיל, ובכך למנוע הפרעות משיגור טילים ומכשולים שהציב האויב.פצצת הרחפנים של צבא ארה"ב GBV-15, הידועה גם בשם "פצצת המיומנות".באופן דומה, ניתן להשתמש בו גם לייצור פגזים מונחי לייזר.

6.3 תקשורת לייזר

בנוסף ל-Nd · YAG, תפוקת הלייזר של ליתיוםניאודימיוםגביש פוספט (LNP) מקוטב וקל לווסת, מה שהופך אותו לאחד מחומרי המיקרו לייזר המבטיחים ביותר.הוא מתאים כמקור אור לתקשורת סיבים אופטיים וצפוי להיות מיושם באופטיקה משולבת ותקשורת קוסמית.בנוסף,איטריוםנופך ברזל (Y3Fe5O12) יחיד גביש יכול לשמש כהתקני גל משטח מגנטוסטטי שונים באמצעות טכנולוגיית אינטגרציה של מיקרוגל, מה שהופך את המכשירים למשולבים וממוזערים, ובעלי יישומים מיוחדים בשלט רחוק מכ"ם, טלמטריה, ניווט ואמצעי נגד אלקטרוניים.

7. היישום שלאדמה נדירהחומרים מוליכים-על בטכנולוגיה צבאית מודרנית

כאשר חומר מסוים חווה אפס התנגדות מתחת לטמפרטורה מסוימת, זה ידוע בתור מוליכות-על, שהיא הטמפרטורה הקריטית (Tc).מוליכים הם סוג של חומר אנטי מגנטי הדוחה כל ניסיון להפעיל שדה מגנטי מתחת לטמפרטורה הקריטית, המכונה אפקט מייזנר.הוספת יסודות אדמה נדירים לחומרים מוליכים-על יכולה להגביר מאוד את הטמפרטורה הקריטית Tc.זה מקדם מאוד את הפיתוח והיישום של חומרים מוליכים-על.בשנות ה-80, מדינות מפותחות כמו ארצות הברית ויפן הוסיפו כמות מסוימת שלתחמוצת אדמה נדירהs כגוןלנתנום, איטריום,אירופיום, וארביוםלתחמוצת בריום ותחמוצת נחושתתרכובות, שעורבבו, נלחצו וחוזרנו ליצירת חומרים קרמיים מוליכים-על, מה שהופך את היישום הנרחב של טכנולוגיה מוליכת-על, במיוחד ביישומים צבאיים, למרחיב יותר.

7.1 מעגלים משולבים מוליכים-על

בשנים האחרונות בוצע מחקר על יישום טכנולוגיית מוליכי-על במחשבים אלקטרוניים, ופותחו מעגלים משולבים מוליכים באמצעות חומרים קרמיים מוליכים-על.אם סוג זה של מעגל משולב משמש לייצור מחשבים מוליכים-על, הוא לא רק יהיה קטן בגודלו, קל משקל ונוח לשימוש, אלא גם בעל מהירות מחשוב מהירה פי 10 עד 100 ממחשבי מוליכים למחצה, עם פעולות נקודה צפה. להגיע ל-300 עד 1 טריליון פעמים בשנייה.לכן, צבא ארה"ב צופה שברגע שיוצגו מחשבים מוליכי-על, הם יהפכו ל"מכפיל" ליעילות הלחימה של מערכת C1 בצבא.

7.2 טכנולוגיית חקר מגנטית מוליכת-על

רכיבים רגישים מגנטיים העשויים מחומרים קרמיים מוליכים בעלי נפח קטן, מה שמקל על השגת אינטגרציה ומערך.הם יכולים ליצור מערכות זיהוי מרובות ערוצים ורב פרמטרים, להגדיל מאוד את קיבולת המידע של היחידה ולשפר מאוד את מרחק הזיהוי והדיוק של הגלאי המגנטי.השימוש במגנטומטרים מוליכים יכול לא רק לזהות מטרות נעות כמו טנקים, כלי רכב וצוללות, אלא גם למדוד את גודלן, מה שמוביל לשינויים משמעותיים בטקטיקות ובטכנולוגיות כמו לוחמה נגד טנקים וצוללות.

דווח כי הצי האמריקני החליט לפתח לוויין חישה מרחוק באמצעות זהאדמה נדירהחומר מוליך-על להדגמה ושיפור טכנולוגיית חישה מרחוק מסורתית.לוויין זה בשם Naval Earth Image Observatory שוגר בשנת 2000.

8.יישום שלאדמה נדירהחומרים מגנטוסטריקטיבים ענקיים בטכנולוגיה צבאית מודרנית

אדמה נדירהחומרים מגנטוסטריקטיבים ענקיים הם סוג חדש של חומר פונקציונלי שפותח לאחרונה בסוף שנות ה-80 בחו"ל.הכוונה בעיקר לתרכובות ברזל נדירות.לסוג זה של חומר יש ערך מגנטוסטריקטי גדול בהרבה מברזל, ניקל וחומרים אחרים, והמקדם המגנטוסטריקטי שלו גבוה בערך פי 102-103 מזה של חומרים מגנטוסטריקטיבים כלליים, ולכן הוא נקרא חומרים מגנטוסטריקטיבים גדולים או ענקיים.מבין כל החומרים המסחריים, לחומרים מגנטוסטריקטיבים ענקיים של אדמה נדירה יש את ערך המתח והאנרגיה הגבוהים ביותר בפעולה פיזית.במיוחד עם הפיתוח המוצלח של סגסוגת מגנטוסטרקטיבית Terfenol-D, נפתח עידן חדש של חומרים מגנטוסטריקטיבים.כאשר Terfenol-D ממוקם בשדה מגנטי, שונות הגודל שלו גדולה מזו של חומרים מגנטיים רגילים, מה שמאפשר להשיג כמה תנועות מכניות מדויקות.כיום, הוא נמצא בשימוש נרחב בתחומים שונים, ממערכות דלק, בקרת שסתומי נוזל, מיקום מיקרו ועד מפעילים מכניים לטלסקופי חלל ולווסת כנפי מטוסים.הפיתוח של טכנולוגיית החומר Terfenol-D עשתה התקדמות פורצת דרך בטכנולוגיית המרה אלקטרו-מכאנית.וזה מילא תפקיד חשוב בפיתוח טכנולוגיה מתקדמת, טכנולוגיה צבאית ומודרניזציה של תעשיות מסורתיות.היישום של חומרים מגנטוסטריקטיבים של אדמה נדירה בצבא המודרני כולל בעיקר את ההיבטים הבאים:

8.1 סונאר

תדירות הפליטה הכללית של הסונאר היא מעל 2 קילו-הרץ, אך לסונאר בתדר נמוך מתחת לתדר זה יש את היתרונות המיוחדים שלו: ככל שהתדר נמוך יותר, ההנחתה קטנה יותר, גל הקול מתפשט רחוק יותר, ומיגון ההד התת-מימי מושפע פחות.סונרים העשויים מחומר Terfenol-D יכולים לעמוד בדרישות של הספק גבוה, נפח קטן ותדר נמוך, ולכן הם התפתחו במהירות.

8.2 מתמרים מכאניים חשמליים

משמש בעיקר להתקני פעולה מבוקרים קטנים - מפעילים.כולל דיוק בקרה המגיע לרמת ננומטר וכן משאבות סרוו, מערכות הזרקת דלק, בלמים וכו'. משמש למכוניות צבאיות, כלי טיס וחלל צבאיים, רובוטים צבאיים וכו'.

8.3 חיישנים ומכשירים אלקטרוניים

כגון מגנומטרים בכיס, חיישנים לזיהוי תזוזה, כוח ותאוצה, והתקני גל אקוסטיים משטחים הניתנים לכוונון.האחרון משמש עבור חיישני פאזה במכרות, סונאר ורכיבי אחסון במחשבים.

9. חומרים אחרים

חומרים נוספים כגוןאדמה נדירהחומרים זוהרים,אדמה נדירהחומרים לאחסון מימן, חומרים מגנוטוריסטיים ענקיים של אדמה נדירה,אדמה נדירהחומרי קירור מגנטיים, ואדמה נדירהחומרי אחסון מגנטו-אופטיים יושמו כולם בהצלחה בצבא המודרני, ושיפרו מאוד את יעילות הלחימה של כלי נשק מודרניים.לדוגמה,אדמה נדירהחומרים זוהרים יושמו בהצלחה על מכשירי ראיית לילה.במראות ראיית לילה, זרחני אדמה נדירים ממירים פוטונים (אנרגיית אור) לאלקטרונים, אשר מועצמים באמצעות מיליוני חורים קטנים במישור המיקרוסקופ הסיבים האופטיים, המשתקפים הלוך ושוב מהקיר, ומשחררים יותר אלקטרונים.כמה זרחנים נדירים של כדור הארץ בקצה הזנב ממירים אלקטרונים בחזרה לפוטונים, כך שניתן לראות את התמונה עם עינית.תהליך זה דומה לזה של מסך טלוויזיה, שבואדמה נדירהאבקת פלורסנט פולטת תמונה צבעונית מסוימת על המסך.התעשייה האמריקאית משתמשת בדרך כלל בניוביום פנטאוקסיד, אבל כדי שמערכות ראיית לילה יצליחו, יסוד האדמה הנדירלנתנוםהוא מרכיב מכריע.במלחמת המפרץ, כוחות רב לאומיים השתמשו במשקפי ראיית לילה אלה כדי לצפות ביעדים של הצבא העיראקי פעם אחר פעם, בתמורה לניצחון קטן.

10 .מסקנה

הפיתוח של האדמה נדירההתעשייה קידמה למעשה את ההתקדמות המקיפה של הטכנולוגיה הצבאית המודרנית, ושיפור הטכנולוגיה הצבאית הניע גם את הפיתוח המשגשג שלאדמה נדירהתַעֲשִׂיָה.אני מאמין שעם ההתקדמות המהירה של המדע והטכנולוגיה העולמיים,אדמה נדירהמוצרים ישחקו תפקיד גדול יותר בפיתוח הטכנולוגיה הצבאית המודרנית עם הפונקציות המיוחדות שלהם, ויביאו יתרונות כלכליים וחברתיים עצומים ל-אדמה נדירההתעשייה עצמה.