书城工业不可思议的新材料
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第55章 稀土材料

稀土就是化学元素周期表中镧系元素—镧(La)、铈(Ce)、镨(磷r)、钕(Nd)、钷(磷m)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)以及与镧系的15个元素密切相关的两个元素—钪(Sc)和钇(Y)共17种元素,称为稀土元素。简称稀土。

稀土材料稀土元素又称稀土金属。稀土金属已广泛应用于电子、石油化工、冶金、机械、能源、轻工、环境保护、农业等领域。

稀土元素在地壳中丰度并不稀少,只是分布极不均匀,主要集中在中国、美国、印度、前苏联、南非、澳大利亚、加拿大、埃及等几个国家。中国是世界稀土资源储量最大的国家,主要稀土矿有白云鄂博稀土矿、山东微山稀土矿、冕宁稀土矿等等。

稀土是关系到世界和平与国家安全的战略性金属。为什么“爱国者”导弹能比较轻易击毁“飞毛腿”导弹?这得益于前者精确制导系统的出色工作。其制导系统中使用了大约4千克的钐钴磁体和钕铁硼磁体用于电子束聚焦,钐、钕是稀土元素。

为什么M1坦克能做到先敌发现?因为该坦克所装备掺钕钇铝石榴石激光测距机,在晴朗的白天可以达到近4000米的观瞄距离,而T-72的激光测距机能看到2000米就算不错。而在夜间,加入稀土元素镧的夜视仪又成为伊拉克军队的梦魇。

至于F-22超音速巡航的功能,则因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。

上述种种还只是窥豹一斑。事实上,凡称得上高技术的兵器几乎无一没有稀土的身影;更致命的是,稀土往往集中在使这些武器化腐朽为神奇的最关键部位。比如“爱国者”除了制导系统、弹体控制翼面等关键部位也是用稀土合金;一些先进坦克的装甲用稀土材料后,防弹性能更好;还有美国那些掌控战场形势的“千里眼”、“顺风耳”中用稀土科技造就的大功率行波管,这使得其工作更可靠,抗干扰性更强……简单说,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。稀土科技一旦用于军事,必然带来军事科技的跃升。从一定意义上说,美军在冷战后几次局部战争中压倒性控制以及能够对敌人肆无忌惮地公开杀戮,正缘于稀土科技领域的超人一等。

中国稀土占据着几个世界第一:储量占世界总储量的第一,尤其是在军事领域拥有重要意义且相对短缺的中重稀土;生产规模第一,2005年中国稀土产量占全世界的96%;出口量世界第一,中国产量的60%用于出口,出口量占国际贸易的63%以上,而且中国是世界上惟一大量供应不同等级、不同品种稀土产品的国家。可以说,中国是在敞开了门不计成本地向世界供应。据国家发改委的报告,中国的稀土冶炼分离年生产能力20万吨,超过世界年需求量的1倍。而中国的大方造就了一些国家的贪婪。以制造业和电子工业起家的日本、韩国自身资源短缺,对稀土的依赖不言而喻。中国出口量的近70%都去了这两个国家。至于稀土储量世界第二的美国,早早便封存了国内最大的稀土矿芒廷帕斯矿,钼的生产也已停止,转而每年从我国大量进口。西欧国家储量本就不多,就更加珍爱本国稀土资源,也是我国稀土重要用户。

知识点:镧

镧元素名来源于希腊文,原意是“隐蔽”。1839年瑞典化学家莫桑德尔从粗硝酸铈中发现镧,并确认是一种新元素。镧在潮湿空气中迅速失去光泽,生成无色化合物,它存在于稀土矿中,通常把它归在稀土族内,是稀土元素中含量最丰富的一个。

镧存在于独居石沙和氟碳铈镧矿中。易溶于稀酸。镧为可锻压、可延展的银白色金属,质软可用刀切开;熔点921°C,沸点3457°C。镧化学性质活泼,在干燥空气中迅速变暗,在冷水中缓慢腐蚀,热水中加快;镧可直接与碳、氮、硼、硒、硅、磷、硫、卤素等反应;镧的化合物呈反磁性。高纯氧化镧可用于制造精密透镜;镧镍合金可做储氢材料,六硼化镧广泛用作大功率电子发射阴极。