稀有轻金属铍及其合金材料的性能和应用进展

稀有轻金属铍及其合金材料的性能和应用进展

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1.核能领域

金属铍在反应堆中的性质十分优异。

2.航空航天领域

铍的微屈服强度很高,这使得惯性导航一旦应用金属铍,其尺寸将十分稳定,其他材料都不能达到这种精度。另外铍的低密度高刚度的特性,契合了导航仪器小型化的要求。

铍材料在保持原有的低密度和优异的热性能的基础上,具有高比刚度、高强度等优异的力学性能。在此前提下,铍元件可以做得更轻、更薄,使用铍做工件,可以有效减轻元件重量,显著降低发射成本。铍应用于航天飞机外壳、散热器和发动机喷嘴等领域。

铍铝合金结合了铍的高弹性模量和铝的高韧性,具有质量轻、比强度高、比刚度高、热稳定性好、韧性高、抗腐蚀性能好等优良特性。铝铍合金主要用于先进设计的航空航天结构中,以减轻重量、降低寿命周期成本并提高可靠性。在铝中加入少量的铍,可获得高强度、热稳定性和不寻常的抗氧化性。

铍铜合金能承受高温,特别坚硬,耐腐蚀,不产生火花,并且无磁性。这些合金用于飞机发动机的许多关键运动部件以及精密仪器、继电器和开关的关键部件。铍-镍合金可用于制造热弹簧、飞机仪表薄膜、高度计、压力计的材料。

3.电子领域

经过抛光的铍金属,可以良好地反射红外线,铍镜刚度高、尺寸稳定性好。在军工领域,铍镜广泛应用于夜视系统、红外照相机等高精度光学系统中。各国主战坦克的射击控制系统均使用了铍镜,OH-58D美国陆军用侦察直升机,其激光、电视和红外传感器安装在铍金属制作的光具座上,有效消除了飞机马达运行时产生的振动。

铍以优异的力学性能、物理性能和抛光工艺性能,成为空间和地面光学系统中反射镜的优选材料,且已被成功应用于制造大口径反射镜,如日本的高级气象成像仪JAMI、西班牙的加那利大型望远镜GTC等项目。由于可以在低于30K的温度下正常工作,铍击败了零膨胀玻璃、微晶玻璃等众多优选材料,成为美国航空航天局詹姆斯韦伯太空望远镜的主镜材料。在中国,铍镜已成功用于气象卫星、资源卫星和神舟号飞船上。

铍铝合金也被用于计算机信息存储设备。布拉什-韦尔曼(Brush Wellman)公司研制出具有商业化规模的铍铝合金 AlBeMet™(洛克合金)。铍铜合金在电子工业中的一个代表性用途是集成电路插座和电子连接器。

4.高能物理领域

铍具有低密度、高强度、优良的热性能、无磁性、耐腐蚀等优良特性,这些特性使其成为世界各地加速器束流管的理想材料。目前,欧洲核子研究中心的大型强子对撞机(LHC)、日本高能加速器实验室(KEK)的BELLE探测器、美国NEA大学加速器(CESR)的CLEO探测器束流管均以铍为主要材料。

5.其它领域

铍的出色刚度和对X射线的高透明度使其成为医疗领域、X射线窗口/管的重要材料。骨射线照相术、计算机断层扫描(CT)、乳房X线照相术、超声、诊断监视器等医疗仪器中都需要用到含铍零件。此外,含铍零件也被应用在电子显微镜、工业X射线探伤仪、X射线衍射、X射线荧光分析、行李X射线检测设备、原位分析等工业分析仪中。

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