金屬鈹是一種戰(zhàn)略金屬，具有密度低、熔點(diǎn)高、剛度高、所有金屬中最低的熱中子吸收截面、熱性能優(yōu)異、對(duì)紅外線反射率99%、X射線穿透性好等許多份異性能186.571，在很多應(yīng)用領(lǐng)域使其成為唯一或首選的材料。高鈹含量的合金復(fù)合材料、氧化物的性能也十分獨(dú)特，是許多應(yīng)用領(lǐng)域的首選材料;在一些含敏量很低的合金中，由于皺的添加，合金性能也得到顯著改善，如鈹銅和鈹鎳合金等，上述應(yīng)用領(lǐng)域也往往帶有明顯的軍事戰(zhàn)略屬性8891。
因此，從國(guó)家安全保障經(jīng)濟(jì)發(fā)展的角度考慮，鈹不可或缺，開(kāi)發(fā)與完善鍍冶金產(chǎn)品是一個(gè)國(guó)家發(fā)展國(guó)防尖端技術(shù)和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重要一環(huán)，也是國(guó)家戰(zhàn)略資源利用和儲(chǔ)備的重要研究對(duì)象。
金屬鈹?shù)膽?zhàn)略?xún)?chǔ)備與需求
對(duì)于世界各強(qiáng)國(guó)、大國(guó)來(lái)說(shuō)，鈹是一種“戰(zhàn)略性、關(guān)鍵性的材料，對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)具有轉(zhuǎn)折性意義的基礎(chǔ)戰(zhàn)略物資”，在關(guān)系到國(guó)家安全和戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)的核武器或軍工產(chǎn)品的生產(chǎn)上鈹具有壟斷性。
目前世界上只有美國(guó)、前蘇聯(lián)和中國(guó)具有工業(yè)規(guī)模地從鈹?shù)V石開(kāi)采、提取冶金到鈹金屬及合金加工的完整鈹工業(yè)體系。巴西和印度等鈹資源豐富國(guó)家是主要的鈹精礦供應(yīng)國(guó)。
在美國(guó)和前蘇聯(lián)金屬鈹?shù)墓芾碇睂儆趪?guó)防部，對(duì)金屬鈹產(chǎn)業(yè)的發(fā)展均推行特殊政策，作為國(guó)家產(chǎn)業(yè)予以維護(hù)、支持和巨額投入。美國(guó)政府十分重視金屬鈹?shù)墓┙o問(wèn)題。冷戰(zhàn)時(shí)期，美國(guó)政府長(zhǎng)期在國(guó)防物資儲(chǔ)備庫(kù)對(duì)鈹進(jìn)行戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備，1980年美國(guó)國(guó)防物資儲(chǔ)備庫(kù)擁有17167t 鈹銅母合金和363t金屬鈹，1994年儲(chǔ)備了2940t的鈹。目前美國(guó)仍保留45t熱壓鈹?shù)淖畹蛢?chǔ)備目標(biāo)。
我國(guó)金屬鈹?shù)墓芾硪婚_(kāi)始是分類(lèi)到有色行政管理部門(mén)管理，為國(guó)防高技術(shù)裝備配套服務(wù)。1998年包括金屬鈹研究在內(nèi)的全國(guó)242家科研院所轉(zhuǎn)制改革，按企業(yè)經(jīng)營(yíng)模式運(yùn)行。在鈹?shù)膰?guó)防儲(chǔ)備方面，我國(guó)缺乏系統(tǒng)性的規(guī)劃。
金屬鈹?shù)膽?zhàn)略應(yīng)用
領(lǐng)一直是核能進(jìn)步的先驅(qū)材料，具有“核時(shí)代金屬”的美稱(chēng)，直接關(guān)系著一個(gè)國(guó)家的戰(zhàn)略核能源發(fā)展進(jìn)程，這種地位在目前和可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)都不會(huì)改變。鎖相對(duì)于其他核材料，如Zr、石墨、重水等的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)金屬鍍具有所有金屬中最小的熱中子吸收截面，能有效地使中子返回堆芯。因此，在需要考慮體積和質(zhì)量的反應(yīng)堆中，金屬鈹是首選的反射層材料。鈹密度低，也使它成為空間反應(yīng)堆的首選材料。(2)皺作為核反應(yīng)堆的減速劑，不會(huì)像重水那樣在100℃下求發(fā)。(3)鈹優(yōu)良的熱性能和機(jī)械性能，使從反應(yīng)堆中穩(wěn)態(tài)移出熱的設(shè)計(jì)變得容易。(4)被原子序數(shù)低，對(duì)堆芯造成的污染小。
鍍作為減速材料、反射材料和燃料包殼材料、增殖材料的核應(yīng)用始于第二次世界大戰(zhàn)期間，并在20世紀(jì)50年代末期得到了較大的發(fā)展。此外，鈹被大量應(yīng)收優(yōu)
用于核彈頭的反射層和引爆器，在艦載、潛水艇、宇宙飛船、飛機(jī)能源系統(tǒng)用輕質(zhì)、小型反應(yīng)堆和空間反應(yīng)堆也廣泛使用。
國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆項(xiàng)目是目前全球規(guī)模最大影響最深遠(yuǎn)的國(guó)際科研合作項(xiàng)目之一，其目標(biāo)是驗(yàn)證和平利用聚變能的科學(xué)性和技術(shù)可行性，實(shí)現(xiàn)聚變能源的商業(yè)化應(yīng)用，解決未來(lái)能源和環(huán)境問(wèn)題。它的最關(guān)鍵核心部件是由鈹板、銅板、不銹鋼板構(gòu)成的屏蔽模塊，也稱(chēng)第一壁板。皺是第一壁板中直接面對(duì)等離子體的材料。ITER項(xiàng)目一旦完成，將徹底解決人類(lèi)對(duì)清潔能源的需求。
鈹制慣性器件主要有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)金屬鈹優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性減小了零件的變形，大幅度提高慣性?xún)x表的精度;(2)鈹質(zhì)量輕，在同樣旋轉(zhuǎn)的速度下，受的慣性力小，材料變形小，加上鈹剛度高，可以將零件做的更小更薄;(3)鈹?shù)谋葻崛莞吆蜔釋?dǎo)率好，可減少因零件發(fā)熱帶來(lái)的熱梯度和不均勻膨脹造成的內(nèi)應(yīng)力，材料變形小，精度提高;(4)鈹無(wú)磁，可免受其他磁性材料的干擾;(5)鈹?shù)妮椪辗€(wěn)定性好，可以減少在核爆炸時(shí)被輻照破壞的可能;(6)大多數(shù)慣性系統(tǒng)由不同的結(jié)構(gòu)材料組成并在高溫下運(yùn)行，材料之間熱性能和熱匹配是慣性器件運(yùn)行穩(wěn)定的關(guān)鍵，鈹與其他結(jié)構(gòu)主材鋼、鈦合金的熱膨脹系數(shù)相當(dāng)，熱匹配性好，達(dá)到熱平衡的時(shí)間短，產(chǎn)生的應(yīng)力小;(7)質(zhì)輕，可提高運(yùn)行系統(tǒng)的整體性能。
應(yīng)用鈹材作為結(jié)構(gòu)主材的三浮(液浮、磁懸浮、動(dòng)壓氣浮)陀螺儀和陀螺加速度計(jì)的機(jī)械式慣性?xún)x表仍舊代表當(dāng)今及未來(lái)慣性技術(shù)發(fā)展的最高水平，并在陸、?；揠H核戰(zhàn)略導(dǎo)彈武器系統(tǒng)及核潛艇等的制導(dǎo)和導(dǎo)航應(yīng)用上不可替代。
在美國(guó)，金屬鈹還被廣泛應(yīng)用于核潛艇的導(dǎo)航系統(tǒng)中。鈹?shù)膽?yīng)用徹底改變了核潛艇慣性導(dǎo)航的精度。如北極星導(dǎo)彈核潛艇用的MKimode液浮陀螺改用鈹材后，不但精度提高了10倍，而且重量減輕了75%，廢品率也降到了3%。自20 世紀(jì)50年代末美國(guó)實(shí)現(xiàn)陀螺儀用材從鋁向鈹?shù)霓D(zhuǎn)變之后，核潛艇導(dǎo)航用的慣性導(dǎo)航器件一直采用皺材制作，無(wú)論陀螺儀的種類(lèi)如何變化，用皺是不變的原則。經(jīng)拋光的鈹表面對(duì)紫外線的反射率是55%，對(duì)紅外線(10.6μm)反射率99%，特別適合于做光學(xué)鏡體材料，尤其在紅外光學(xué)系統(tǒng)。除對(duì)材料的光景性能要求外，輕質(zhì)光學(xué)系統(tǒng)還要求鏡體及其支撐材料具有密度低、剛度高、熱毒定性和尺寸穩(wěn)定性好等特性。特別是在太空環(huán)境中，對(duì)于動(dòng)態(tài)(振蕩或旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的工作鏡體，鍍是最佳材料。另外，鍍也適宜做鏡體的支撐材料，因?yàn)閯偠雀?、質(zhì)輕，可以將部件做得更小更輕，而鈹尺寸穩(wěn)定性高也保證了鏡體的良寸穩(wěn)定性和使用壽命，鈹做鏡體的支撐材料比做鏡體更具競(jìng)爭(zhēng)力。近幾年，鍍?cè)诰芄鈱W(xué)系統(tǒng)應(yīng)用明顯增加，多數(shù)應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，但也有相當(dāng)數(shù)量應(yīng)用于陸地。
在軍事領(lǐng)域，鈹鏡最初的應(yīng)用是夜視系統(tǒng)和紅外照相機(jī)，現(xiàn)在各種導(dǎo)彈的紅外光學(xué)系統(tǒng)、雷達(dá)的紅外傳感器、衛(wèi)星(預(yù)警、通信、偵察等)紅外傳感器和光學(xué)系統(tǒng)、無(wú)人駕駛的飛行器的光學(xué)系統(tǒng)、核爆探測(cè)器、國(guó)家導(dǎo)彈防御計(jì)劃中的地基攔截導(dǎo)彈系統(tǒng)中紅外傳感器和光學(xué)系統(tǒng)一般均采用鈹鏡和鈹支撐結(jié)構(gòu)件。
鈹價(jià)格比較高，在地面應(yīng)用鈹結(jié)構(gòu)件不占優(yōu)勢(shì)，但在航空航天領(lǐng)域，鈹制作的部件小而輕，這主要是因?yàn)樗芏鹊?、剛度高，可大幅降低發(fā)射成本。
鈹合金的戰(zhàn)略應(yīng)用
鈹銅合金是一種綜合性能優(yōu)良的有色合金彈性材料，具有高強(qiáng)度、高硬度、高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性、耐疲勞、耐腐蝕、彈性滯后小、無(wú)磁性、沖擊時(shí)不產(chǎn)生火花等優(yōu)良性能，在所有銅合金中綜合性能最好116-1181。
鈹鋁合金綜合性能次于鈹。鈹鋁合金相對(duì)于鋁合金、鈦合金、鎂合金和一些傳統(tǒng)的復(fù)合材料更輕、剛度和熱穩(wěn)定性更好，因此在航空航天領(lǐng)域具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，極有可能成為下一代航空航天新的結(jié)構(gòu)材料。
氧化鈹陶瓷具有高的耐火度、高的熱導(dǎo)率、良好的核性能以及優(yōu)良的電性能，因而可以應(yīng)用于高級(jí)耐火材料、原子能反應(yīng)堆和高熱導(dǎo)率材料，作為高熱導(dǎo)率材料應(yīng)用主要集中在各種大功率電子器件和集成電路等。目前，在電子器件上工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家普遍應(yīng)用氧化鈹含量為99.5%的陶瓷產(chǎn)品，中國(guó)較多應(yīng)用氧化鈹含量為99.0%的陶瓷產(chǎn)品。
氧化鈹陶瓷除了具有高的耐火度、良好的熱穩(wěn)定性以及獨(dú)特的高熱導(dǎo)率外，還具有良好的核性能，常用做反應(yīng)堆的減速劑、反射層和核燃料的彌散劑。
鈹鎳合金(包括鈹鎳鈦合金)是一種耐高溫的超高彈性導(dǎo)電合金，是已知合金中彈性最好的一種。鈹鎳合金具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、優(yōu)異的成型性、良好的高溫力學(xué)性能和抗疲勞、耐腐蝕、耐磨與抗應(yīng)力弛豫。與鈹青銅相比，鈹鎳合金的工作溫度可提高250~300℃，是制作高級(jí)彈性元件最好的材料，可用于性能要求比鈹銅更為嚴(yán)格的場(chǎng)合。
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