稀有金屬鈹為什麼重要

鈹(Beryllium)是一種灰白色的鹼土金屬,原子序數為4,元素符號Be。鈹及其化合物都有劇毒。鈹既能溶於酸也能溶於鹼液,是兩性金屬,鈹主要用於製備合金。


稀有金屬鈹為什麼重要

自20世紀40年代鈹的規模化、工業化應用至今,鈹的應用範圍由早期的核技術和X射線領域逐漸擴展至戰略核能、高能物理、國防及航空航天和商業等領域,成為一種引人矚目的“戰略性、關鍵性”工程材料。

鈹是一種核性質和物理性質十分優異的稀有輕金屬。鈹密度低,與鎂相當,約為鋁的2/3;其彈性模量高,為鋼的1.7倍,為比剛度最高的金屬,使得鈹具有良好的尺寸穩定性;其比強度大,約為鎂合金的2.1倍,並且在800℃高溫下仍然保持很高的強度。

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鈹是熔點最高的輕金屬,約為鋁和鎂的2倍,也是比熱容最大的金屬,吸熱能力相當於鋁的2.5倍,並且鈹的比熱容會隨溫度的升高而顯著增加,一直保持到其熔點;鈹的導熱性能極佳,其熱導率約為鋼的4倍,與鋁相當;鈹的熱膨脹係數與不鏽鋼、鎳鈷合金相當,為鋁的1/2,優異的熱性能也成為鈹良好尺寸穩定性的重要原因。

鈹的相對原子質量僅為9,其中子在原子核中的結合能相當於大多數穩定原子能量的1/6~1/5,可以用作中子源、中子倍增劑。

此外,在所有金屬中鈹的熱中子吸收截面最小、散射截面最大,是很好的反應堆反射材料和減速劑。鈹還具有優良的光學性能,經拋光的鈹表面對紅外線的反射率高達等特點使其成為空間光學鏡體及其支撐部件的首選材料,被稱為“空間金屬”。

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鈹對 X 射線的穿透率是相同厚度鋁的 17 倍,被稱為“金屬玻璃”,成為 X 射線窗口不可缺少的材料。
鈹銅合金是一種綜合性能優良的有色合金彈性材料,具有高強度、高硬度、高導電性、高導熱性、耐蝕、耐磨、耐疲勞、耐低溫、無磁性、衝擊時不會產生火花等一系列優點,在所有銅合金中綜合性能最好,是銅合金中的“彈性之王”,廣泛應用於航空航天、通信、計算機、汽車等領域,成為國民經濟建設中不可缺少的重要工業材料。

鈹鋁合金結合了鈹的剛性和鋁的韌性,具有質量輕、比強度高、比剛度高、熱穩定性好、韌性高、抗腐蝕性能好等優良特性, 廣泛應用於航空航天、 計算機、汽車工業等領域,已成為一種越來越重要的新型結構材料。

鈹金屬的優異核性能使其成為核武器與反應堆的重要反射材料和減速材料。根據國際核安全中心的數據,目前在全世界共有 382 座研究用核反應堆,其中有 82 座使用鈹作為核反應堆芯的反射體材料和減速劑。

在高能物理研究中,正負電子經加速聚焦後在束流管中進行對撞併產生次級粒子穿出束流管,物理學家對次級粒子進行探測以探索新的物理現象。由於鈹具有密度小、強度高、熱性能好、無磁性以及耐腐蝕等優良特性,成為世界各國加速器中束流管的理想材料。

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導彈、飛機、火箭、潛艇的慣性導航系統被認為是最精密的裝置,由於具有較高的尺寸穩定性和較低的密度,鈹成為慣性導航系統中最理想的結構材料,與其他金屬相比,鈹作為主材的慣性器件具
有最高的導航精度。

隨著粉末冶金製備技術的不斷進步,鈹材在保持原有密度低、熱性能好等特性的基礎上,還具備了高比剛度、高強度等優越的機械性能,因此,在滿足強度要求的前提下,鈹構件可以做得更輕更薄,有效減少構件重量,大幅降低發射成本。

拋光的鈹對紅外線的良好反射性使得其在光學領域發揮著不可替代的作用,鈹鏡剛度高、尺寸穩定性好,可使光學系統獲得更清晰、更準確的圖像。
在國防領域,鈹鏡廣泛應用於夜視系統、紅外照相機、坦克射擊控制系統和戰鬥機的光學系統中。

由於剛性良好且對 X 射線穿透性極高, 鈹已成為 X 射線窗口 /管的首選材料。在高分辨率醫療射線攝影裝置中,目前還沒有哪種材料能替代鈹。

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鈹作為一種具有優異綜合性能的稀有輕金屬,在戰略核能源、高新技術領域與重大科學工程建設中的應用水平在某種程度上反映了一個國家綜合實力和國防軍工技術水平的高低。


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