稀土材料在军事领域中的应用.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,稀土材料在军事领域中的应用,讲解人 卢杨 王程博 刘士杰 肖镇 于康,为什么“爱国者”导弹能比较轻易地击落“飞毛腿”,？,为什么,尽管美制,M1,和苏制,T-72,坦克的主炮直射距离差距并不大，但前者却总是能更早开火，而且打得更准,？,为什么,F-22,战斗机可以超音速巡航,？,为什么,“爱国者”导弹能比较轻易地击落“飞毛腿”,？,为什么,尽管美制,M1,和苏制,T-72,坦克的主炮直射距离差距并不大，但前者却总是能更早开火，而且打得更准,？,为什么,F-22,战斗机可以超音速巡航？,相比,传统兵器，高技术兵器的优点在于其更方便、更灵敏、更准确、更容易操纵。这些提起来容易，但却集中体现了当今材料科学、电子科学以及工程制造的诸多最高成就。而这些成就的获得,往往是源于稀土的某些特殊功能的发现和应用。,稀土,材料在军事领域金属方面中的应用,稀土有工业“维生素”之称，由于其具有优良的光电磁等物理特性,能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料，其最显著的功能就是大幅度提高其他产品的质量和性能。比如大幅度提高用于制造坦克、飞机、导弹的钢材、铝合金、镁合金、钛合金的战术性能。而且，稀土同样是电子、激光、核工业、超导等诸多高科技的润滑剂,。从,一定意义上说,美军,在,中东地区的战争中,能够,对敌人肆无忌惮地公开杀戮,，,很大程度上,缘,于稀土科技领域的超人一等。,稀土材料在军事领域应用概述,稀土元素有钢材中的“盘尼西林”之称，具有净化变质和促进合金化的功能。稀土可以同钢材中的硫、氧等反应，从而消除这些低熔点有害杂质，细化晶粒，影响钢的相变点，从而提高钢的力学性能和淬透性等。稀土特种钢被广泛应用坦克等的装甲钢和炮钢等，稀土高锰钢用于制造坦克履带板，稀土铸钢用于制造高速脱壳穿甲弹的尾翼、炮口制退器和火炮结构件等。,稀土元素在核工业中也具有重要的应用，如在核辐射探测器中，利用稀土的闪耀材料，可以作为核辐射强度探测的材料。稀土元素属于较重的核，具有较大的中子吸收截面，具有较好的种子捕获能力。其中铕、钆、镝等经常用来做抗辐射材料。由于稀土元素较为活波，性质和碱土元素比较类似，经常作为燃烧弹的添加材料。,金属合金中也获得广泛应用。例如有一种稀土镁合金（含有,Mg,Zn,Zr,La,Ce,）可用于制造喷气式发动机的传动装置，直升飞机的变速箱，飞机的着陆轮和座舱罩。在镁合金中添加稀土金属的优点是可提高其高温抗蠕变性，改善铸造性能和室温可焊性。有一种铝锆钇合金用作电线，其特点是输出功率高、耐热、耐振动和耐腐蚀。,至于,F-22,超音速巡航的功能，则拜其强大的发动机以及轻而坚固的机身所赐，它们都大量使用稀土科技造就的特种材料。比如,F119,发动机叶片以及燃烧室使用了阻燃钛合金，这种钛合金的制造据说是使用了铼；而,F-22,的机身就更加是用稀土强化的镁钛合金武装。否则，超音速巡航中，,F119,强大的动力足以摧毁它自己。,1.1.1,装甲钢,早在,60,年代初期,我国兵器工业就开始了稀土在装甲钢和炮钢上的应用研究,先后生产了,601,、,603,、,623,等稀土装甲钢,开创了我国坦克生产中的关键原材料立足于国内的新纪元。,稀土材料在军事领域材料方面中的具体应用,1.1.2,稀土碳素钢,60,年代中期,我国又在原某种优质碳素钢中加入,0.05%,的稀土,制成了稀土碳素钢。这种稀土钢较原碳素钢的横向冲击值提高了,70%,100%,-40,时的冲击值提高近,1,倍。采用该钢制造的大口径药筒经靶场射击试验证明,完全能满足技术要求,目前我国已定型投产,实现了我国在药筒材料方面以钢代铜的多年宿愿。,1.1.3,稀土高锰钢和稀土铸钢,稀土高锰钢用于制造坦克履带板,稀土铸钢用于制造高速脱壳穿甲弹的尾翼、炮口制退器和火炮结构件,可减少加工工序,提高钢材的利用率,并能达到战术技术指标。,1.2,稀土球墨铸铁在现代军事技术的应用,过去,我国前膛弹弹体材料均采用以优质生铁加入,30%40%,的废钢而制成的半钢性铸铁,由于其强度低、脆性大、爆炸后的有效杀伤破片数量少且不锋利以及杀伤威力弱等原因,一度束缚了前膛弹弹体的发展。自,1963,年后,采用稀土球墨铸铁制造各种口径的迫击弹,使其力学性能提高,1 2,倍,有效杀伤破片数量成倍增加,破片刃口锋利,大大提高了杀伤威力。我国用这种材料制造的某型加农炮炮弹和野战炮炮弹战斗壳体,其有效杀伤破片数和密集杀伤半径比钢质壳体略胜一筹。,稀土具有很高的化学活性和较大的原子半径,加入到有色金属及其合金中,可细化晶粒、防止偏析、除气、除杂和净化以及改善金相组织等作用,从而达到改善机械性能、物理性能和加工性能等综合目的。国内外材料工作者利用稀土的这一性质,研制出了新型稀土镁合金、铝合金、钛合金、高温合金,这些产品在歼击机、强击机、直升机、无人驾驶机、以及导弹卫星等现代军事技术上获得了广泛的应用。,2,镁、铝等有色稀土合金在现代军,事技术上的应用,经,多年研究,采用了特殊的矿化处理技术,研,制出了稳定廉价的氧化钇砂料与粉料,它在比,重、硬度和对钛液的稳定性上,都达到了较好,的水平,而在调节控制壳料浆性能上,表现出,更大的优越性。用氧化钇型壳制造钛铸件的突,出优点是,:,在铸件质量和工艺水平与钨面层工,艺相当的条件下,能制造比钨面层工艺更薄的,钛合金铸件。目前,该工艺已广泛用于制造各,种飞机、发动机及民品铸件。,2.1,稀土镁合金,稀土镁合金比强度较高,能减轻飞机重量,提高战术性能,具有广泛的应用前景。中国航,空工业总公司,(,以下简称中航总,),研制的稀土,镁合金包括铸造镁合金及变形镁合金约有,10,个,牌号,很多牌号已用于生产,质量稳定。例如,:,以稀土金属钕为主要添加元素的,ZM 6,铸造镁合,金已扩大用于直升机后减速机匣、歼击机翼肋,及,30 kW,发电机的转子引线压板等重要零件。,中航总与有色金属总公司联合研制的稀土高强,镁合金,BM 25,已代替部分中强铝合金,在强击,机上获得应用。,2.2,稀土钛合金,70,年代初,北京航空材料研究院,(,简称,:,航材院,),在,Ti A1 M o,系钛合金中用稀土金,属铈,(Ce),取代部分铝、硅,限制了脆性相的,析出,使合金在提高耐热强度的同时,也改善,了热稳定性能。以此基础上,又研制出了性能,良好的含铈的铸造高温钛合金,ZT3,。它与国际同,类合金相比,在耐热强度及工艺性能方面均具,有一定的优势。用它制造的压气机匣用于,W PI3,发动机,每架飞机减重达,39 kg,提高推重,比,1.5%,此外减少加工工序约,30%,取得了明,显的技术经济效益,填补了我国航空发动机在,500,条件下使用铸钛机匣的空白。研究表明,含铈的,ZT3,合金组织中存在着细小的氧化铈质,点。铈化合了合金中的一部分氧,形成了难熔,的、高硬度的稀土氧化物质点,Ce2O3,。这些质点,在合金形变过程中阻碍了位错运动,提高了合,金高温性能,铈夺取了一部分气体杂质,(,尤其,是在晶界上的,),就有可能在使合金强化的同,时,保持良好的热稳定性能。这是在铸造钛合,金中应用难溶质点强化理论的首次尝试。,此外航材院在钛合金溶模精密铸造工艺中,2.3,稀土铝合金,中航总研制的含稀土耐热铸造铝合金,HZL206,与国外含镍的合金比较,具有优越的,高温和常温力学性能,并已达到国外同类合金,的先进水平。现已用于直升机和歼击机工作温,度达,300,的耐压阀门,取代了钢和钛合金。,减轻了结构重量,已投入批量生产。稀土铝硅,过共晶,ZL117,合金在,200,300,下的拉伸强度,超过西德活塞合金,KS280,和,KS282,耐磨性能,比常用活塞合金,ZL108,提高,4,5,倍,线膨胀系,数小,尺寸稳定性好,已用于航空附件,KY,5,KY,7,空压机和航模发动机活塞。稀土元素加,入铝合金中,明显改善显微组织和机械性能。,稀土元素在铝合金中的作用机制为,:,形成分散,分布,细小的铝化合物起着显著的第二相强化,作用,;,稀土元素的加入起到了除气净化作用,从而减少合金中气孔的数量,提高合金的性能,;,稀土铝化合物作为异质晶核细化晶粒和共晶相,也是一种变质剂,;,稀土元素促进了富铁相的形,成和细化,减少了富铁相的有害作用。,A1,中铁的固溶量随稀土加入量的增加而减少,也,对提高强度和塑性有利。,3.1,纯稀土金属,纯稀土金属因其化学性质活泼,极易同氧、,硫、氮作用生成稳定的化合物,当受到剧烈摩,擦与冲击发生火花时,可引燃易燃物。因此,早在,1908,年它就被制成打火石。现已查明,17,种稀土元素中有铈、镧、钕、镨、钐和钇等六,种元素具有特别良好的纵火性能。人们将稀土,金属的纵火性制成了各式燃烧武器,例如美国,“马克,82,型”,227 kg,航弹采用稀土金属内衬,除了产生爆炸杀伤效应处,还产生纵火效应。,美国空对地“阻尼人”火箭战斗部内装,108,个,稀土金属方棒作内衬,取代部分预制破片,静,爆破试验证明,其点燃航空油料的能力比无内,衬的高,44%,。,3.2,混合稀土金属,由于纯稀土金属的价格较为昂贵,各国在,燃烧武器中广泛采用价廉的复合稀土金属。复,合稀土金属燃烧剂经高压装填于金属壳体中,燃烧剂密度为,(1.9 2.1)103 /m 3,燃烧速度,1.3,1.5 m m/s,火焰直径约,500 m m,火焰温度,高达,1 715,2 000,。其燃烧后炽热体炽热持续,时间长于,5m in,。,美军在侵越战争中,用发射器发射的一种,40 m m,纵火榴弹,其内装填的引燃内衬就用混,合稀土金属制成的。当弹体爆炸后,每一片带,有引燃内衬的破片都可引燃目标。当时该弹的,月产量达,20,万发,最高达,26,万发,。,3.3,稀土燃烧合金,重量为,100 g,的稀土燃烧合金可形成,200,3 000,个火种,覆盖面积大,与穿甲弹、破甲弹,的杀伤半径相当。为此,发展燃烧威力的多功,能弹药成为目前中外弹药发展的主攻方向之一。,对于穿甲弹和破甲弹,其战术性能要求在击穿,敌坦克装甲之后,还能将其油料、弹药引燃,以彻底摧毁坦克。对于榴弹则要求在其杀伤范,围内引燃军需物资和战略设施等。,据悉,美国制造的一种塑料稀土金属燃烧,弹,其弹体由玻璃纤维增强的尼龙制成,内装,混合稀土合金弹芯,用于对付装有航空燃料及,类似的目标具有较佳效果。,4.1,在军事防护技术上的应用,稀土元素具有防辐射特性。美国国家中子,截面中心采用高分子材料为基材,添加或不添,加稀土元素制成了两种厚度为,10 m m,的板材进,行防辐射试验,。,热中子,屏蔽效果优于无稀土高分子材料,5 6,倍。其中添加钐、铕、钆、镝等元素的稀土材,料的中子吸收截面最大,具有良好的俘获中子,的作用。目前,稀土防辐射材料在军事技术中,的主要应用包括以下几个方面。,4.1.1,核辐射屏蔽,美国采用,1%,硼和,5%,的稀土元素钆、钐、,和镧,制成厚度为,600m m,的防辐射混凝土,用,于屏蔽游泳池式反应堆裂变中子源。法国采用石,墨为基材添加硼化物、稀土化合物或稀土合金,研制成一种稀土防辐射材料。这种复合屏蔽材料,的填料要求分布均匀并制成预制件,根据屏蔽部,位的不同要求,分别置于反应堆通道的四周,。,4.1.2,坦克热辐射屏蔽,它由四层单板组成,总厚度为,5 20 cm,。,第一层用玻璃纤维增强塑料制成,采用无机粉,末添加,2%,的稀土化合物为填料,以阻滞快中,子、吸收慢中子,;,第二层和第三层,是在前者,之中再加入硼石墨和聚苯及占填料总量,10%,的,稀土元素,以阻滞中能中子和吸收热中子,;,第,四层采用石墨代替玻璃纤维,加入含,25%,稀土,化合物,吸收热中子。,4.1.3,其它,将稀土防辐射涂料涂在坦克、舰艇、掩蔽,部和其它军事装备上,可以起到防辐射的作用,。,4.2,在核技术上的应用,稀土氧化钇可用作沸水反应堆,(BW R),中,铀燃料的可燃吸收体。,在所有元素中,钆吸收中子的能力最强,每个原子约,4 600,靶,每个自然钆原子在失效前,平均吸收,4,个中子。当与可裂变的铀混合时,钆可促进燃烧,降低铀的消耗并提高能量输出。,氧化钆不象碳化硼那样产生有害的副产品氘,在核反应时既能与铀燃料又能与它的包覆材料,相配。用钆代替硼的好处是钆能与铀直接混合,以防止核燃料棒膨胀。据统计,目前全世界计,划兴建的核反应堆,149,座,其中,115,座压水堆,应用稀土氧化钆。,稀土钐、铕和镝已用作中子增殖反应堆的,中子吸收剂。稀土钇在中子中俘获截面小,可,用作熔盐反应堆的管材,。,在 硬 质合 金 中 添 加 少量 稀 土元 素,可显 著 提 高 硬质 合 金 的 高 温抗 弯 强度、抗氧化性 和 断 裂 韧性。合 金 的 室温 抗弯 强 度 平 均 提 高 2 0%左 右,硬 度平 均 提 高 0,.,5 一 1 H R A,还 能改 善 硬 质 合金 的耐 冲击、耐热 疲 劳、热 耐 磨 性 等 性能。,稀土元素对粘结相有强化和作用，以钴为例，在钴中填充稀土元素可抑制,Co,Co,马氏体相变。金属钴属于通俗异构多晶金属，具有多种晶格结构。在其中掺入稀土元素，可以升高粘结相的多晶型转变温度。,金属合金中掺杂稀土原料的原因,固溶强化的作用,，加入稀有金属可使组织,中粗大的晶间共晶相溶解于基体中,，这种,组织的优化导致了合金强度及塑性的明显提升，合金的断裂模式从准解理转变为微孔聚集型塑性断裂模式。,组织强化作用，从理论上讲，细化晶粒和降低孔隙度都能提高合金强度。加入稀土金属后，合金密度变化不明显，但孔隙度降低，同时还能减缓离子扩散进行，防止晶粒继续长大，从而使之细化。,自,1903,年奥地利科学家冯,威尔斯巴赫发明了稀土发火合金，并用制造民用的打火石原料，随后，美国、德国、日本等国家也大量生产了打火石，以满足各国的需求。,20,世纪,50,年代，我国已能生产少量的稀土发火合金，并用于生产打火石的原料，,6090,年代，我国生产发火合金及打火石的水平达到工业化及规模化。以满足国内外用户的需求。,2006,年以来，我国的发火合金及打火石的生产量为全球最多，已达近千吨水平，更能满足国内外发展的需求。从目前看，我国已成为世界的发火合金生产大国，消费大国和市场贸易大国，今后世界发展将任然维持如此形势。,稀土材料的其他,应用,稀土,发火材料,主要工艺过程为：原辅材料破碎配料熔炼铸锭检测包装入库（发火合金产品）。主要技术指标：发火合金的纯度,99%,，合金回收率达,95%,以上。发火率,98%,。生产工艺特点：工艺过程简单，作业较易，工艺技术成熟可行；生产设备容易解决，修理方便；合金质量高，成本较低；过程无污染物产生，利与环境保护。,航母稀土钢是一个全新概念，船用特种钢材的屈服强度一般用,MPa,（兆帕）表示。像油轮航母稀土钢是一个全新概念，船用特种钢材的屈服强度一般用,MPa,（兆帕）表示。像油轮、散装货船，集装箱船等民用船所用钢大约有,250MPa,就够使了，普通军用船只在,300MPa,以下就行。而航母、潜艇用钢，特别是航母飞行甲板用钢一般要求在,850MPa,以上。,稀土钢,而就在不久之前包钢股份自主研发的一款特种稀土钢经严格测试，屈服度高达,1250MPa,，达到世界最领先水平。,1,月,31,日，常州市人民政府新闻办公室官方微博及,常州晚报,的消息披露，该市某电缆企业已“又中标第二艘航母”。尽管此前有很多关于中国是否建造国产航母的话题，但这次是首次有官方机构正式明确中国“第二艘航母”的消息。,目前，世界上能制造航母、潜艇用钢的只有美国、日本、德国、俄罗斯等少数几个国家。其中，质量最好的还得数美国。具体说，美国的,HY-100,，,HY-80,这两个型号的钢，是制造航母或者造核潜艇最佳钢材。用这种钢制造的潜艇，能下潜,2000,米，或更深。而一般钢制作的潜艇下潜,200,米，艇上的管道都会被巨大的海水水压压扁、压裂的。俄国的航母用钢也不错，其中,AK,系列镍铬加钛合金钢是世界上屈服强度最高的材料，可达,1000MPa,。其余，法国生产的,软钢,屈服强度是,550MPa,左右；日本制造的特种合金钢，屈服强度基本在,450MPa,左右。由于军备竞赛，近年来，世界上许多国家的军舰都按照民用标准设计，以降低舰船建造成本。但对于航母的用钢，特别是飞行甲板用钢的标准，世界哪个国家都不敢凑合，谁也不敢拿自己国家的安全，拿花几十亿、上百亿美元制造的航母开玩笑。像法国自己造的戴高乐号航母用的就是美国的,HY80,特种钢。,稀土,材料在军事,领域,永磁材料,方面中的应用,稀土永磁材料,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,的应用,在微波通讯技术中的应用,卫星通讯、雷达技术、电子对抗技术,在电机工程中的应用,机车,内燃机点火系统、遥控遥测系统,在仪器仪表中的应用,导弹,制导系统（加速度表,）,在磁力机械中的应用,自动导航定向陀螺仪（磁力轴承）,稀土超磁致伸缩材料,磁致伸缩：,物体在磁场中磁化时，在磁化方向上发生伸长或缩短的现象。,1960,S,：,Clark,发现单晶镝磁致伸缩应变现象。,1972,：,成功合成,RE,Fe,2,Laves,相金属间化合物。,声呐水生换能器技术；,海洋探测与开发,技术；,智能机翼技术；,燃油喷射,技术；,稀土超磁致伸缩材料,重要的能量与信息转换功能材料；,在（,Tb,，,Dy,）,Fe2,等赝二元化合物的研究中，发现,Tb,1-x,Dy,xFe2,（,0.68x0.73,）的磁致伸缩应变值最大，常称为,Terfenol-D,，该合金由美国依阿华州阿姆斯实验室首先研制成功。,Terfenol-D,优点：输出功率大、响应频率低、低压下工作,稀土超磁致伸缩材料,Terfenol-D,大功率低频声呐系统,用,Terfenol-D,制成,的水生换能器，在相同体积的条件下，其共振频率比压电陶瓷水声换能器共振频率低,34,倍，发射功率可比压电陶瓷水声换能器大,10,倍以上。,稀土超磁致伸缩材料,水生换能器,稀土离子,能吸收,X,射线、射线、热中子和紫外线等有害射线，尤其对热中子吸收特别有效。,将,稀土,高分子用做放射性防护材料，从材料讲比玻璃防护材料优越，从防护效果看可以弥补传统铅防护材料的不足。,稀土高分子防护材料,稀土高分子的,X,射线防护材料,“,Pb,的弱吸收区”：传统,Pb,屏蔽材料,4080keV,复合屏蔽材料：利用混合镧系元素取代,Pb,以弥补,Pb,的弱吸收区，制得了稀土,/,橡胶复合材料。,这种屏蔽效果取决于：,1,、镧系元素中的各元素，其,K,层吸收边,随元素原子序数的增加而逐步增高，即从,La,的,38.9KeV,到,Lu,的,63.3keV,均处于弥补,Pb,弱吸收区的理想位置；,2,、由于镧系元素中包括的不同元素,K,层吸收边,不同，其离子吸收所覆盖的能量区域亦不相同，由此产生的,递次覆盖,效果，使混合镧系元素的粒子吸收几乎覆盖整个,Pb,的弱吸收区；,稀土高分子的,X,射线防护材料,稀土高分子材料的热中子屏蔽效果优于无稀土高分子材料,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；,稀土高分子中子辐射防护材料,热中子俘获截面：,Gd,(,46000b,，,1b=0.01m2),、,Sm,(5600b,),、,Eu,(4300b),，这些稀土金属及其化合物是优良的核反应堆的控制材料；,Eu,有最佳的核性能，具有很大的热中子俘获截面，而且是一个长寿命的吸收体,核潜艇,；,Ce,玻璃,抗辐射性能好,防原子辐射的军事光学仪器,；,稀土高分子中子辐射防护材料,美国：,1%B,：,5,%Gd,、,Sm,、,La,，制成厚度为,60mm,的防辐射混凝土，用于屏蔽游泳池式反应堆裂变中子源；,法国：石墨为基材，添加硼化合物、,稀土化合物或稀土合金,，研制成一种稀土防辐射材料。根据评比部位的不同要求，分别置于反应堆通道的四周。,稀土高分子中子辐射防护材料,核辐射屏蔽,屏蔽材料由四层单板组成，总厚度为,520cm,。,第一层：玻璃纤维增强塑料，无机粉末添加,2%,的,稀土化合物,为填料，以阻滞快中子、吸收慢中子；,第二、三层：加入硼石墨、聚苯，及,10%,的,稀土元素,，以阻滞中能中子、吸收热中子；,第四层：采用石墨代替玻璃纤维，加入含,稀土,25%,化合物,，吸收热中子；,稀土高分子中子辐射防护材料,坦克热辐射屏蔽,Sc,元素的应用简介,Sc,在金属材料中的应用,Sc,是许多有色金属的优良改性添加元素，尤其是对铝合金具有非常神奇的合金化作用。,加入,0.2%0.4%,的,Sc,可以明显提高合金的高温强度、结构稳定性、焊接性能和抗腐蚀性能。,1421,合金,（含,Sc,的铝锂镁锆合金）：运输机机身纵梁,Sc-Ti,、,Sc-Mg,合金,：宇宙飞船的结构材料,Sc,元素的应用简介,Sc,在激光材料中的应用,1983,年，利用,Sc,制造钆钪镓石榴石（,Cr,Nd:Gd3 Sc2 Ga3O12,）激光晶体获得成功。,GSGG,晶体：潜艇水下激光器,核聚变研究,星球大战计划,美国,Sc,元素的应用简介,Sc,在核工业材料中的应用,金属钪,：中子过滤器,Sc,2S3,：反应堆特殊耐火材料,氢化钪,：粒子加速器的靶材,Sc,2O3,：核反应堆中最好的定位陶瓷材料,稀土在放光材料中的应用,讲解思路,稀土发光材料的简介,稀土发光材料的性质,稀土发光材料的应用,稀土发光材料的现状,稀土发光,材料简介,发光是稀土化合物光、电、磁三大功能中最突出的功能，受到人们极大的关注。就世界和美国,24,种稀土应用领域的消费分析结果来看，稀土发光材料的产值和价格均位于前列。中国的稀土应用研究中，发光材料占主要地位。,稀土元素发光的来由,稀土发光是由稀土,4f,电子在不同能级间跃出而产生的，稀土元素的原子具有未充满的受到外界屏蔽的,4f5d,电子组态，因此有丰富的电子能级和长寿命激发态，能级跃迁通道多达,20,余万个，可以产生多种多样的辐射吸收和发射，构成广泛的发光和激光材料。,稀土发光材料的制备方法,气相法,气体冷凝法,;,真空蒸发法,;,溅射法,;,化学气相沉积,法,(CVD);,等离子体法,;,化学气相输运法等。,固相法,高温固相合成法,;,自蔓延燃烧合成法,(SHS);,室温和低热固相反应法,;,低温燃烧合成法,;,冲击波,化学合成法,;,机械合金法,法等。,液相法,沉淀法,;,均相沉淀法,;,共沉淀法,;,化合物沉淀法,;,熔盐法,;,水热氧化法,;,水热沉淀法,;,水热晶化法,;,水热合成法,;,水热脱水法,;,水热阳极氧化法,;,胶溶法,;,相转变法,;,气溶胶法,;,喷雾热解法,;,包裹沉淀法,;,溶胶,-,凝胶法,;,微乳液法,;,微波合成法等。,稀土发光材料的性质,稀土发光具有吸收能力强，转换效率高，可发射从紫外线到红外光的光谱，特别在可见光区有很强的发射能力等优点,。,发光谱带窄，色纯度高，色彩鲜艳,;,光吸收能力强，转换效率高,;,发射波长分布区域宽,;,荧光寿命从纳秒跨越到毫秒达,6,个数量级,;,物理和化学性能稳定，耐高温，可承受大功率电子束、高能辐射和强紫外光的作用。,稀土发光材料的应用,新型高效节能环保光源用稀土发光材料,日光灯,Ca5(PO4)3(Cl,F):Sb3+,Mn2+;BaMg2Al16O27:Eu2+;MgAl11O16:Ce3+,Tb3+;Y2O3:Eu3+,高压汞灯,Y(PV)O4:Eu;YVO4:Eu,Tb,黑光灯,YPO4:Ce,Th;MgSrBF3:Eu,固体光源,GaP;GaAs;GaN;InGaN;YAG:Ce,显示和显像,数字符号显示 发光二极管,(LED),、平板图像显示,OLED,黑白电视,Gd2O2S:Tb,、彩色电视,Y2O3:Eu;Y2O2S:Eu,、飞点扫描,Y2SiO5:Ce,、,X,射线成像,(Zn,Cd)S:Ag;CaWO4;BaFCl:Eu2+;La2O2S:Tb3+;Gd2O2S:Tb3+,激光探测,闪烁晶体,CsI,TlCl,固体激光材料,YAG:Nd3+;YAP:Nd3+;YLF:Nd3+,玻璃激光材料 掺,Nd3+,硅酸盐、硼酸盐和磷酸盐玻璃,液体激光,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,气体激光,Sm(I),Eu(I),Eu(),，,Tm(I),Yb(I),Yb(),，,Yb,等金属蒸气,稀土材料的现状,我国稀土发光材料行业的生产规模受制于下游产业的发展情况。从目前的应用领域及消费结构看，稀土发光材料约,90%,的需求来自于节能照明及电子信息行业。因此，上述行业的发展状况将直接决定着稀土发光材料行业的发展前景。随着人们环保节能意识的加强、国家节能减排战略的实施以及电子信息产业的蓬勃发展，根据全国稀土荧光粉、灯协作网预测，到,2013,年，我国节能灯产量将达到近,70,亿只，平板电视将超过,13,000,万台，笔记本电脑、液晶显示器和手机的产量也将分别达到,2.93,亿台、,1.59,亿台和,8.80,亿台，稀土发光材料市场需求将超过,14,000,吨。,稀土发光材料的军事应用,激光是一种新型光源,它具有很好的,单色性,、方向性和相干性,并且可达很高的亮度,。,激光,与稀土激光材料是同时诞生的。到目前,为止,大约,90%,的激光材料都涉及到稀土。例如,:,以,钇铝石榴石晶体是当今普及的一种在室温,下可,获得连续高功率输出的激光器。,激光测距,美、英、法、德等国研制的掺钕钇铝,石榴石,激光测距机可测距离达,4,000,20,000 m,世界上第一台激光器，是由美国休斯飞机公司的科学家梅曼于,1960,年，首先研制成功的。美国军方很快就在此基础上开展了对军用激光装置的研究。,1961,年，第一台军用激光测距仪通过了美国军方论证试验，对此后激光测距仪很快就进入了实用联合体。,激光测距仪重量轻、体积小、操作简单速度快而准确，其误差仅为其它光学测距仪的五分之一到数百分之一，因而被广泛用于地形测量，战场测量，坦克，飞机，舰艇和火炮对目标的测距，测量云层、飞机、导弹以及人造卫星的高度等。它是提高坦克、飞机、舰艇和火炮精度的重要技术装备。,美国的,M1,德国的“豹”,、法国的“勒克莱尔”,日本的,90,式、以色列的“梅卡瓦”,还有英国最新研制的“挑战者,2”,坦克等武器系统都采用了这类激光测距机。目前,有些国家正在研制新一代的人眼安全固体激光测距机,其工作波段为,1.5,2.1m,。美国、英国的采用掺钬氟化钇锂激光器研制出手持式激光测距机,其工作波段为,2.06m,测距达,3 000 m,。美国还与国际激光公司联合采用掺铒氟化钇锂激光器,研制出波长为,1.73 m,的激光测距机,并大量装备部队。我国的军用测距机激光波长,1.06 m,测距,200,7 000 m,。我国在发射远程火箭、导弹和试验通信卫星中均通过激光电视经纬仪在靶场测量中取得重要数据。,M1,主战坦克,豹,2,型坦克,勒克莱尔坦克,日本,90,式主战坦克,激光制导,激光制导炸弹是用激光进行终端制导。对目标照射激光采用每秒发出几十个脉冲的,NdYAG,激光器,脉冲进行编码,光脉冲能自导导弹响应,从而可防止导弹发射的干扰和敌方设置的障碍。如称作“灵巧炸弹”的美军,GBV 15,滑翔炸弹。同理,也可用于制造激光制导炮弹。,“侦察一摧毁”战术的实质是：侦察并定位目标是精确制导武器能否充分发挥作战效能的至关重要前提。如美国的,GBV-15,制导炸弹，射程,100,公里，装有电视制导系统。采用直接和间接两种制导方法。直接制导时，飞行员目视发现目标并使航空炸弹的寻的头跟踪目标直到投弹时为止。间接制导时，携带炸弹的飞机不进入目标的防空区，而是准确地进入指定的瞄准点投弹，炸弹的寻的头在坠落的弹道上自行捕捉目标。,激光通讯,除,NdYAG,可用作激光通信外,四磷酸钕锂晶体,(LNP),的激光输出有偏振性,易于调制,被认为是最有希望的微型激光材料之一,适于光纤通信的光源,并可望在集成光学和宇宙通信方面获得应用。另外,钇铁石榴石,(Y3Fe5O12),单晶可用微波集成工艺来作各种静磁表面波器件,使器件集成化,小型化,在雷达遥控遥测、导航及电子对抗中有特殊用途。,超导材料,当某种材料在低于某一温度时,出现电阻为零的现象即超导现象,该温度是临界温度,(Tc),。超导体是一种抗磁体,低于临界温度时,超导体排斥任何试图施加于它的磁场,这就是所谓的迈斯纳效应。在超导材料中添加稀土元素可以使临界温度,Tc,大大提高。这就大大推动了超导材料的研制和应用的发展。,80,年代,美、日等发达国家先后在氧化钡、氧化铜化合物中添加了一定量的镧、钇、铕、铒等稀土氧化物,经混匀、压制及烧结而成超导陶瓷材料,使超导技术的广泛应用特别是在军事上的应用更为广阔。,高温超导器件（信道化多路器、滤波器等）在军事领域的应用，如用在预警飞机、雷达、电子战设备、导弹制导部件等现代信息战武器装备中；计算机应用，使用超导,A/D,转换器、超导高速数据开关后，可大大提高性能；磁特种传感器（超导量子干涉仪,SQUID,）主要用于潜艇探测、反潜和潜艇导航、红外成像、仪器仪表、医学系统应用等。,高温超导磁储能器（,SMES,）可用于新犁高能脉冲（激光、微波、粒子束）武器及电磁发射器的储能器，并且可用于舰船电力调节系统，具有重要军事应用价值。,高温超导材料发现后，超导在军事和商业领域的应用前景十分诱人。目前约有,6000,多台高温超导信号滤波器已在商业领域的蜂窝电话基站上工作。在军事领域也已经被试验过，在美国海军的战舰上、空军的,SIGINT,飞机上使用。据美国圣迭戈太空与海战,(SPAWAR,）系统中心的高温超导科学家,A.M.,利斯,.,德艾丝科巴认为，美国海军正试图在几种海上系统之中试用高温超导滤波器，其中最重要的要数,SPAWAR,信号情报,(SIGINT,）办公室，他们正在寻求使用可调谐型的滤波器。其他重要的潜在应用领域包括软件编程无线电和潜艇通信。她透露说：海军鉴定过一些滤波器，舰载试验对许多预期的性能进行了验证。,SIGINT,应用的试验结果达到了预期的性能，结果令人欣慰，这就是海军为什么盯住这项技术不放的原因所在。,稀土发光材料,成功应用于夜视设备,在夜视镜中,稀土荧光粉,将光子,(,光能量,),转化成电子,电子,在通过,光纤显微道平面的几百万个小孔被增强,互相,从壁上来回反射,释放出更多的电子。,在尾,端的另一些稀土荧光粉则将电子重新转化,成光子,于是用目镜就能看到图像了。这一,过程与,电视屏幕很相似,正是稀土荧光粉将某种,彩色图像,发射至电视屏幕上。美国工业界通常使用,五氧化二铌,但是,要使夜视系统获得成功,稀土元素,镧是十分关键的成分。海湾战争中,多国部队,就是用这种夜视镜一次又一次地观测伊军,的目标,以小小的代价换取大胜利,。由此可见,稀土与现代军事技术的关系,是十分,密切的。稀土工业的发展,有力地推动,了现代,军事技术的全面进步,军事技术的提高,又,带动了稀土工业的繁荣发展。笔者相信,随着,世界科学技术的飞速前进,稀土产品必将,以其,特殊的功能,在现代军事技术的发展中,发挥,更大的作用,并为稀土行业本身带来巨大,的经济效益,和突出的社会效益。,