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磁性材料在军事领域的应用

发布时间:2019-01-03 浏览次数:483

磁性材料作为新材料的一种,是发展非常迅速的基础功能材料,其功能、结构、用途也是十分广泛的。而其在军事领域中的广泛应用更是成为各国强化军事优势的重要手段。磁记录(存储)是高新磁应用技术的集中体现,是发展计算机、信息产业和现代军事的需要,也是磁性产业中附加价值最高的产业。目前,磁记录已居世界上数据存储技术的支配地位。  以电子自旋的自由度为基础的自旋电子学的新进展引发了一场概念性革命,开始了一种名为“自旋电子学”的新技术,这为新一代器件提供了机会。该器件将标准电子学与自旋相关效应结合起来。自旋相关效应由载体自旋与材料磁性能相互作用引起磁致伸缩材料的长度可随外磁场交变而反复伸长和缩短产生机械波,能够实现电磁能(或电磁信息)与机械能、声能(或机械位移信息与声信息)之间的转换,可以广泛用于功率电一声换能器、电—虮换能器、传感器和电子器件等方面。稀土超磁致伸缩材料已广泛用于各尖端技术和军事应用中。对传统产业起着重要的影响。近年来,国外发达国家在这方面的工艺研究和应用基本完成,开始向商品化阶段过渡,并开发出近千种应用器件。吸波材料因军民两用的殊异身份,各国竞相研究。几十年来,通过掺杂、改变结构、放置方式,使吸波材料作用发挥得愈来愈好。但是,在军用方面,它不能完全“隐身”。在民用方面,它不能完全抗干扰。因此,这也是当今研究的热门课题之一。最近有报道,在一定入射角范围。随着入射角的增大,吸波材料的反射相应增大,故可以采用双(多)基地雷达组网反隐身能力。若要“隐身”,则可从反方向思维进行。吸波材料的用途,大致有微波暗室、桥梁、建筑、隐形飞机、隐身坦克、舰船、隐形导弹等。

美国美国作为一个军事大国,其科技+分发达,在微波领域尤其如此。目前,美国从事微波多晶和单晶铁氧体材料与器件研制生产的厂家约60多家,其产品占整个软磁铁氧体市场的2/3。表1为部分公司及其产品,这些产品主要用于雷达、卫星、通信、航空航天飞行器、电子对抗系统等领域。美国军方2003年与Raytheon. Lockheed Martin, Northrop Grumman以及IBM等军品公司签订了共约33.5亿美元的合同,用于研发雷达报苦系统、空中运输控制、全球定位系统(G PS)、地面系统传感器、宽范围搜索系统、战术照射系统、雷达天线、舰载防御导弹、PAC一3导弹、SM一3导弹等,其中海军投入近20亿美元。美国《微波与射频》杂志总结了40年来的微波进展史,预计军用及光通信市场为行业的重头之一。在2002年美国加州召开的第10届无线系统年会上,最热门的话题为“WLAN"(无线局域网),会上村田电子北美公司介绍了集成双道有源滤波器件,它可滤掉9GHz以上的频率,尺寸为9.5mm x 12.5mm x 2.2mmo IBM微电子公司发布了两条标准IC生产线,包括功率放大器和电压控制振荡器。美国新近成立的VIDA产品公司集中研究高Q、宽调谐滤波器、振荡器和频率合成器的军事和商业应用。该公司凭借其独特的YIG技术优势的进一步发展而得以扩大。这些进展包括:拓宽温度范围性能,振动不灵敏性,很低的驱动功率要求以及利用薄膜丫IG《丁F丫)共振器。

2000年,美国《国防报告》将太空和信息作为未来战争的两个制高点。下大力气改善太空、信息和情报技术。建立全球化网络系统。把通信设施延伸到部队的各个单位。逐步向信息化军队迈步。国防部将“网络中心战”列为未来美军的主要作战方式。还有,美国正启动一系列传感器计划。支持陆军的FCS(未来作战系统)和“目标部队”计划。重要技术包括多传感器融合。磁传感器,交叉弓I导(Cross-Cueing)和动目标指示。美国陆军直升机的A闪/ALA一212先进威胁红外对抗( ATIRCM)系统是直升机的自卫系统。可以防止来自任何方向和处于任何飞行阶段的红外制导导弹的攻击。该系统包括AN/AAR一57通用导弹告警系统(CMWS)、红外干扰头、对抗干扰箱和对抗干扰弹。另外.美国波音公司设计并研制X波段雷达阵列.从结构上要求能够融入到将来的飞机设计中.如美国空军的下一代传感器飞机情报、监视和侦察平台.此项目将在2005年10月完成。对于新式武器电磁炮.美国在2002年8月拨款1640万美元.研究高能微波武器《日PM)对目标系统的杀伤力和美国自己的系统遇到日PM时的受损程度。2003年1月,美国与加拿大Metatech公司签署了一份为期7年的合同。研究美国卫星遇到诸如激光等直接能量攻击时的受损程度。 

日本虽然在二战后被限制发展军队,但其先进的工业技术、发达的经济实力必然要影响到军事。日本对于磁性材料及器件的研发.不仅用于商业.也用于军事。例如.日本在其研究的新式潜艇上将采用很多新技术.包括安装新型声纳.进一步提高探测能力.开发AIP技术;采用无浆推进、泵喷射推进、磁流体推进等新的推进技术.磁流体推进技术已在日本的超导电磁推进船“大和”号上进行了成功实验。日本是磁性材料及器件研制与生产大国.著名公司有大同、日立、川崎等。下面略举几家公司最新研究动向。大同特殊钢公司近年开发出挠性电磁波吸收体“DPR”系列。其主要特点是高温环境下抗电磁干扰,可满足电子机器、光纤通信多方面需求。该公司还估计到粘结磁体在电动机等方面的市场需求必将进一步增长。已计划到2005年度其产量增长8成。即2005年生产能力由2003年的4000万个增长到7000万个。磁体年销售额估计增长1.5倍达120亿日元。日立金属公司生产的“Finemet”纳米晶磁性材料,主要用于电子机器防干扰共态扼流圈。过去月产量30t,目前已猛增至120to 2002年销售额20亿日元,计划2006年要达到120亿日元。该公司前不久吞并了美国Honewel公司的非晶金属材料事业部。收买金额达数+亿日元。以图占领软磁材料市场。户佃工业公司与明治大学共同研制成由Co. Ni和氧化铁组成的只有30一40nm的纳米磁粉,可获得239一542kA/m(3000一6800 Oe)的矫顽力,并可以在50℃保持,ODOh的热稳性。川崎钢铁公司新近开发出电磁线材。据称为世界首创。可用于倒相电路中的变压器或扼流圈,满足了电磁器件小型化、异型化需求。

韩国在磁学研究方面的投入基金每年均有增加。目前,韩国与磁学有关的公司及产品见表20韩国现存公司的产业化需要与研究间的技术差距日益增大,如果韩国无法实现以自旋电子相关技术或其他为基础的新产业,则无法在短期内轻易解决这个问题。

印度从2003年1月开始,实施 “萨姆尤科塔”电子战;ii浅」。“萨姆尤科塔”技术由印度国防研究与发展组织(DRDO)负责开发,硬件设备由印度国家电子有限公司生产,所使用的电子干扰器使用频率在1.5一500MHz之间,涵盖了从高频中频之间的所有敌方电子频率使用范围;计划中用的重要设施一拉简德拉相控阵雷达,由印度巴拉特电子有限公司生产。该技术的有效使用寿命将持续到2020年。印度陆军官员称,首批26辆电子战车辆已交付陆军并投入使用,这些电子战车辆装备有印度自行研制的综合监视系统。除“萨姆尤科塔”计划外,印度陆军还准备从海外引进一批电子战干扰系统,开展反情报行动。俄罗斯空军经费在2004年的国防预算中,所占比例排第8位。

为增加经费,俄有可能将多余或过剩的设备卖给工厂或国外。空军将把资金投入到现役战略、战术飞机和防空导弹的改进工作上。俄对160和95MS进行的中期改造中,不会对发动机或机身进行改进,而将重点放在导航、观察和武器系统上。俄现役飞机所保留的升级项目苏一27SM和苏一34飞机,均采用了全新的电子设备。

欧盟现在国家的边界概念正在发生变化,整个欧洲国防工业正在朝着相互融合、相互协作的趋势发展。欧盟第5个框架计划(,998一2002)为信息社会技术(IST)设立了33亿欧元的基金,其中关于磁性与光存储方面的项目包括:磁光存储、集成光学磁头、超高密度存储、磁噪声与巨磁电阻效应(GMR)、磁学中的隧道结、电磁元件、平行光盘与多频道系统。欧盟第6个框架计划(2003一2007)分成两步:一是生产公司与高技术研究实验室结合,投入1000万欧元基金用于建立完善的应用和短期产业化项目。二是促进高技能研发实验室间的研究,以开发I ST领域未来的技术。此框架计划预算资金为36亿欧元,其中一些关键项目包括移动通信、无线通信、可靠与安全性、纳米电子学及月n胃的“电子健康”(e-i}alfn)。此计划将继续推进在过去5年中扮演重要角色的海t存储技术。 欧盟在微波方面的研究项目包括:微波真空器件用碳纳米管,微波与先进CMOS(补充型金属氧化物)技术集成,微电机系统集成相阵天线等。

英国国家物理实验室(NPL),主要研究实现微波测t在功率、衰减阻抗和噪声方面所用标准的新方法,以及EMC和介电材料的测}o NPL的一个特别研究项目是利用新的非接触电光传感器对高架电源线的测t。英国日elfast大学高频电子研究小组的典型研究项目包括毫米波前端和集成自追踪天线用的灵敏结构,其中关键技术是研制具有低反射损耗的空间移相器。英国Loughborough大学的无线通信研究小组主要研究天线与无线系统,包括在移动和卫星通信系统、微波和毫米波工程中的应用。法国政府为2003年到2008年的军事预算提交了一个新法案,增加了国防开支。其中2003年开支达133亿美元,比当前(2002年)增加11亿美元,到2008年将达到147亿美元。法国Lille大学电子、微电子、纳米技术研究所的研究项目有现代电子、新钊料、微电子、纳米电子、微波、光电子、电磁、声学、超声波、微系统、传感器及测试设备。

结论当今世界经济发展的特点是日益显现的世界多极化和经济全球化,科技进步日新月异。各国在新材料、新产品、新技术方面的角逐愈来愈激烈,但另一方面科技间的协作也愈来愈普遍。世界磁性材料生产向中国转移,增强了中国磁性材料工业的整体实力,提高生产技术,加速了中国成为世界磁性材料生产基地和销售市场的建设。随着时代的发展,磁性材料也必将在未来的现代化生活中放射出夺目的光彩。


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