（材料学专业论文）金属铍的微屈服行为及机理研究.pdf

摘要 在国家自然科学基金资助下，本研究采用光学金相显微镜，扫描电镜( s e m ) 、电 子探针( e m s m ) 、透射电镜( t e m ) 、x 射线衍射( ) 、力学性能( 包括微屈服强度 o 。) 等测试技术，较详尽和深入地研究了“七五”、“八五”计划期间用户直希望解 决的惯性导航和光学镜体铍材一个十分重要的问题：微屈服行为及机理。在我国金属铍 的工艺、性能与微观组织结构的应用基础性研究方面进行了第次较系统的探讨。通过 本研究，基本掌握了我国铍材的o 。情况及其影响因素，为制定我国镀材o 。；指标和 推动镀材在航空、航天、航海方面更广泛应用将起到积极的作用。在微观组织结构研究， 特别是通过位错运动状况探讨微屈服机理方面所做的工作，完善和丰富了世界o 。机 理研究的内容。 ， f 利用先进的气流冲击研磨方法制得稳定低氧含量的镀粉，在国际上首次研究晶粒 尺寸单独对真空热压( 本文简称热压) 和冷、热等静压( 本文简称静压) 镀材。一的 影响。发现无论是热压还是静压铍材，随着晶粒尺寸的变小，其o 。显著提高，符合 h a l l 一p 髓c h 公式。在用相同粒度粉末成形固结时，由于热压温度较高，晶粒有所长大， 因此，热压铍材。一较静压镀材低。实验还发现，含f e 、灿等杂质较少的较高纯度的 热压和静压铍材主要由基体铍和氧化铍( b e 0 ) 第二相组成。静压镀材由于其细小均匀 b e o 的弥散分布，加上在较低温度和高压下成形固结，从而om v 。较高。与美国如口5 0 相当晶粒尺寸的 玎p l s 5 铍材的平均。一达到9 9 m p a ，比m p 5 0 铍材( 8 3 仔a ) 商 1 9 ，也超过了美国新一代仪表级镀材1 2 5 0 ( 9 7 m p a ) 。 开创性地用预烧结酸洗工艺制备了相同粒度、不同b e 0 含量的镀粉，从而开 展了b e 0 含量单独对镀材o 。影响的研究，得出一些新的结果：与b e o 含量相比， b e o 在铍中的分布状态对o 。，。的影响更大。沿晶界、晶内弥散分布的较细小b e 0 对基 体铍有弥散强化作用，使。一较高；如果b e o 较粗大地成簇状聚集在晶界，反而对 o 。有不良的影响。在一种中等b e 0 含量高强高延铍材的实验中发现，1 0 7 0 热压， b e o 含量为25 的铍材，其。达到7 i m p a ，且延伸率达到35 2 。延伸率超过了同 样b e o 含量的美国i 2 5 0 静压镀材l7 ，为今后用静压方法制各综合性能全面达到和 超过i 一2 5 0 铍材进行了有益的探索。 论文首次制备了铁含量基本稳定，铝含量不同的铍粉，在国内第一次较全面地进 行了不同f e a l 比镀材固溶、固溶时效和退火等热处理的o 。研究，并得出许多新的 和有益的结果：对于压制态热压镀材，a l f e b e 4 化合物析出在三个以上晶粒交界处，且 随a l 含量增加，该化合物的数量增多、尺寸增大：较为粗大沿晶界分布的心e b e 。将 导致o 。，。的降低。研究还发现，无论是热压还是静压铍材，其压制态。 固溶时效态 o 。矿固溶态o 。；首次发现固溶时析出的b e 2 s i 0 4 导致b e o 的聚集；由于铁含量较低， 不能形成有效的固溶强化，加上b e o 的聚集，是固溶态热压铍材o 较低的主要原因。 本实验进行的6 5 0 1 0 小时和2 0 小时固溶时效处理，使热压铍材中的f e 充分扩散到晶 界，与晶界处的a l 、b e 形成a l f e b e 4 化合物；而无论压制态、固溶态，还是固溶时效 态，纯度较高的静压铍材均只由基体镀和第二相b e o 组成。7 5 0 和6 0 0 长时间( 2 0 小时) 的退火使热压铍材中f e 、a 1 有效地与b e 形成f e b e 4 ，从而控制了晶界上游离 的存在，改善了材料的延伸率，且没有损害。一。1 0 小时和2 0 小时的固溶时效与 两种退火工艺均使镀材位错呈现网络结构。 本文在国际上还首次从微屈服过程分析和微屈服前后及不同微屈服阶段位错运动 状况初步探讨了铍的微屈服机理：在铍材微屈服实验过程中发现，如果一种铍材在施加 一小的应力时，即表现出一定应变，且随应力增加，应变增幅很快的铍材，这种铍材的 o 。较低；如果一种铍材在一定应力范围内，应变对施加应力没有响应，且随应力增 加，应变增加缓慢，这种镀材的。较高。没有发生微屈服的铍材，其晶体中的位错 被b e o 钉扎，位错密度高；产生l 1 0 6 应变时，位错在局部少数晶粒中开始挣脱b e o 钉扎而运动；5 0 1 0 。6 应变时，大量位错在许多晶粒中运动，通过攀移，在晶界积聚形 成“瀑布式位错幕墙”；当发生2 0 0 1 0 6 应变时，到处可见规范的由大量位错塞积产生 的“位错墙”：而试样拉断后，晶体中的位错已变得稀少。| 通过较大量铍试样的o 。和对应oo 2 比较研究，初步总结出了对应的规律，线性 相关性较美国的为好。有望通过今后进一步的实验，总结出更为完善的规律，最终用常 规o 。：测试代替繁琐冗长的o 。测试。通过国产和进口应变片的对比试验。确认国产 应变片能够用于一个微应变铍材。一的测试。 c e a b s r r a c t s u p p o f t e d 矗n a n c l a l l yb yt h en a t i o l l a ln a t m ls c i e n c ef o u n d a t i o no fc h i n a ，e m p 】o y i n gt h e t e s t i n gt e c h n i q u e ss u c ha so 埘c a lm e t a l l o 伊a p h y 柚a l y s i s ，s c a n 面n ge l e c 仃o nm i c r o s c o p e ( s e m ) ， e l e c t r o n f n i c r o p r o b es c a n r i i f l gm i c r o s c o p e但m s m ) ， t r a n s m i s s i o ne l e c t m n m i c r o s c o p e ( 1 日田，x - r a yd i 衢a c t i o n ( u ) ) a n dm e c h a n j c a lp e r f o m a n c em e a s u r e m e n t s ( i n c l u d i n gm i c r o y i e l ds t r e n g t l i。m y s ) e t c ，t l i i sr e s e a r c hh a sw o r k e dc o m p r e h e n s i v e l ya n d d e e p l yo nav e r yi m p o r t a mi s s u e t h em i c r o 聊e l d i r i gb e h a v i o ra n dm e c h a n i s mo fb e r y l l i u m m a t e r i a l 南fi n e 币a lg u i d a n c ei n s t m m e n t sa f l do p d c a im i r r o r s w m c hh 豁b np 耐dm o r e a n e n t i o nt ob yd e s i g n e r ss i n c et h e8 也e v e nt h e7 m 6 v e - y e a rp l a n t h er e s e a r c hh a sc o n d u c t e d t h ef i r s t r d a t i v e l ys y s t e m a t i cs t u d v o nt h em a i l u f a c t u r i n g p f o c e s s p e r f b 瑚a n c ea n d m i c m s c n i d u r eo fb e r v l 】i u mm a t 嘶a lm a d ei n c h i n a ，t t l l o u g hw h i c hw eh a v e1 e a m e d b a s i c a l l y t h e om v sc o n d j t i o no f c h i n e s eb e r y l 】i u mm a t e r j a la n dt h ek e yi n 玎u e n c i n gf a c t o r so f t h e o m y s t h er e s u h sa c q u k e d 谢l lp l a yap o s i t i v em l ei n d e s i g n i n gt h e。m 驰i n d e xo f m n e s eb e r y l l i u mm a t e r i a la l l di np r o m o t i i 培a n de 吼e n d i n gt h ea p p l i c a t i o no fb 钾l l i u m m a t e r i a 】i na v i a t i o n ，r o s p a c ea n dn a v i g a t i o n t h er e s e a r c hf i n d i n g sw i t hr e g a r dt ot h e m i c r 0 s t m d u r eo fb e r y l l i u mm a t 枷a l ，e s p e c i a l l ym e 商c r o v i e l dm e c h a l l i s mb a s e do nt h e a i m l y s i so fd i s l o c a t i o nm o v e m e n tw 订1p 旅c ta n de 州c ht l ec o n t e n to ft h ew o r l d w i d e r e s e a r c ho n o 邺m e c h a l l i s m u t i l i z i n gt h eb e r y l i i u mp o w d e r sw i t hs t e a d i l y1 0 wo x v g e nm a d eb yt h en e w e s tm e t h o do f i m p a c t 虾n d i n g ，t h er e s e a r c hp i o n e e r e dt h ef i r s ta t t e r n p ti nt h ew o r l di ns t u d y i n gt i l ee f f 缸s 0 ft h eg r a i ns j z e i n d e p e n d e n yo nt h eo 咿o f t h ev a c u u m h a t p r e s s e d ( 唧) b e i 埘l i u m m 砒e r i a la n dt h ec 0 1 d h o t i s o s t a t i co p ) b e r y l l i u mm a t e r i a l i th a sb e e nf o u n dt h a tw h e t l l e f t h eb e r y i l i u mm a t e r i a li sp r o d u c e db y o rh 吧t h e o m y 。v a l u ew i 儿 r i s er e m a r k a b l ya s t h eg r a i ns i z ei sr e d u c e d ，w h i c hc o n f b 珊st ot l l eh a i l p 吐c hf o 砌u l a c o m p m _ e dw i t ht h e h 印e d b e r y l l i u mm a t 甜a lw h h t h es 锄ep a n i c l es i z e ，t h eh o t p r e s s e db e r y l l i u mm a t e r i a 】h a s i o w e r om y sv a i u eb e c a u s ei t s h i g h e rc o n s o j i d a t i o nt e m p e r a t u r e 、v i l lc a u s eg m i n st o 伊o w t h et e s tl l a sa l s os l l o w nt h a tt h ep u r e rh o t p r e s s e da sw e l l 酗p e db e r y l l i u mm a t e f i a l sw i t h l e s sc o n t e mo f f ea n da ii m d u r i t i e sm a i n l yc o n s i s to f “v op h a s e s - t h em 枷xb e r v l l i u m 趴d t h es e c o n dp l l a 0 f b e r y l l i u mo x i d e 毋e o ) t h e 网p e db e r y l l i u mm a t e r i a lh a sh i g h e r oi i i y s v a l u eb e c a u s eo fn o to n l vi t sl o w e rc o n s o l i d a t i o nt 锄p e 咖r ea i l dl l i 窟h e rc o n s o l i d a t i o n p r e s s u r eb u ta l s ot h em o r eu n i f o r m l va n d6 n e l yd i s p e r s e dd i s t r i b u t i o no f “sb e op h a s et h e a v e r a g e om y sv a l u eo ft h e 咿一l s 一5b e r y l l i u mm a t e r i a l ，w h o s eg r a i ns i z ei ss i m i l a rt ot h e h 5 0b e r v l l i u mm a t e r i a lo fa m e r i c 乱r e a c h e s9 9 m a ，19 h i g h e rt h a nt l l a to ft h eh 5 0 ( 8 3 a ) ，a n da l s os u p e r i o rt oi 一2 5 0 ( 9 7 田a ) t h en e w g e n e r a t i o nb e r y l l i u mm a t e r i a lf o r i n s t r l l m 锄t b e r y l l i u mp o w d e r s w i t ht h es a m ep a r t i c l es i z ea n dv a r i o u sc o n t e n t so f b e ow e r e p r e p 盯e db y p r e - s j n t e r i n g a c i dw a s h i n gp r o c e s s e si n i t i a t i v e l y 柚dt h ei n f l u e n c eo f b e ( 1a l o n eo n om y s o f b e r y l l i u mw a so b s e n ，e da n ds o m en e wr e s u l t st l a v eb e e nd b t a i n e d 一c o m p a r e dw i t ht h e c o n t e mo f b e o ，t h ed i s t r i b u t i o no fb e o i nb e r y l l i u mh a sm o r ec r i t i c “i n f l u e n c eo n 。m v 。； e 6 n e l vd i s p e r s e db e oa l o n gt h eg r a i nb o u n d a r i e sa n di nt h em a t r i xr e s u 】t si nt h ed i s p e r s i o n s 仃e f l 薛h e l l i n go fb e r y i l i u mm 枷x a n dt h e r e b yt h eh i g h e r o m y sv a l u e ；o nt l l ec o n t f 盯y t h e c o a r s e rb e op a n i c l e sc l u s t e r i n go nt h e 田_ a i nb o u n d a r i e sr e s u l t si nn e g a t i v ej n f l u e n c eo n o 邺i kt e s tr e s u l to f t h eb e r y l l i u mm a t 酣a l s 谢t hm e d i u mb e oc o m e n ta n dh i g hm e n 群h a n d 蛐g he l o n g a t i o ns t i o w e dt h a tt h e on 驴v a l u eo f ak i n do f h o t p r e s s e db e f y l l i u mm a t e r i a l o f 2 5 b e 0 卸dp r o d u c e da t1 0 7 0 r e a c h e s7 1 咿a 柚di t se l o n g a t i o ni su pt 03 5 撕，1 7 h i 卧e rt h a i la m e r i c a ni 一2 5 0h 毋e db e r y l l i u mm a t e r i a l 、v j t ht l l e s a r n eb e oc o m 蛐t ni sa u s e 如l 仃i a le x p i o r a t i o nf o rp r e p a r i n gb e r y l l i u mm a t e r j a ib yh w i t hi m e 铲a t e dp r o p 硎e s r e a 出帔0 re x e d i n 窟i 一2 5 0i nc l l i n ai nt h e 趾u r e t h er e s e a r c hp r e p a r e dt h eb e n r l l i u mp o w d e r s 诵t hr e l a t i v e l vs t a b l ef ec o n t e n ta i l dv a r i o u sa l c o n t e n t ，a n da 】s oc o n d u c t e d t h eo 、，e r a l lh e a t t r e a t r l l 衄t on 岬r e l a t i o n s h i pt e s t s mc 1 1 i n a ，s u c h 髂s o l i ds 0 1 埘0 1 1 i n 岛s o l m i o na g i i 坦，a 衄e a l i n go fb e r y l l i u mm a t e f i “so fd i f f b r e n tf e a ir a 瞳i o e t ct h i si st h ef i r s to f “sk i n di nc h i n a sb er e s e a r c h m a n vn e wa n du s e 如1c o n c l u s i o n s h a v eb e e nd r a 啪o u t ：f o rm ea s h o t p r e s db e r y l l i u 札a l f e b e 4c o m p o u n dp r e c i p i t a t e sa t t l l eb o u n d a r i e so fo v e rm r e eg r a i n sa i l dt h en u m b e r 如ds i z eo ft h ec o m p o u n dw i l li n c r e a s ea s t h ea ic o n t a l tr i s e s ：t l l ec o a r ra l f e b e 4c o m p o u n dl o c a t e d 酊o n g 掣麓i nb o u n d 撕e sw i l l c 踟s et h er e d u c t j o no f oi i 驴f 0 rb o t hh o t p r e s s e d 柚d p e db e r y l l i u mm a t e r i a l ，i ti s 饥l e t l l a t m p a r e dw j t ho n ea n o t h e r t h e on 邺v a l u eo ft h ea s p r e s dm a t e r i a li s 廿l e h i g h e s t ， w l l i l et h a to f t h es o l u t j o n - a g e dm a t e r i a l i st h es e c o n dh i g h e s t 柚d 也a to f t h es o l u t i o n - t r e a t e d m a t e r i a li st h el a w e s t i th a sb e e nf i r s tf o u n dt h a tb e 2 s i 0 4p r e c i p i t a t i n gd u r i n gs o l u t i o n 谢l l c 枷s et h ea g g r e 鲥o no fb e ot h e1 0 w e rf ec o n t e n tf a i l i n gt of o me 母：“v es o l i d s 仃e n g t h e n i n ga sw e 】la st h ea 譬g r e 刚o no f b e oi st h em a i nr e a s o nt h 砒r e s u i t si nt b el o w e r o m v sv a l u eo f s o l u t i o n t r e a t 。db e 叮l l i u mm 种硪a lt e n - h o u r 卸dt 、聃n t y _ h o u rs 0 1 u t i o na 西n ga t 6 5 0 w e r es e p a r a t e l vc a r r i e do u ti nt l l i se ) 币e r i m e ma n dt h er e s u l t s s h o wt h a tf e n h o t p r e s s e db e r y l l i u mj s 如l l v d i f j h s e di m ot h eg r a i nb o u n d a r i e sa n df o r m sa j f e b e 4 c o m p o u n d w i t h ja n db eo nt h ec o n n 巩m e 玎甲e db e r y l i i u mm a t e 血1 sw i t hh i g i l e rp 嘶u w h e t h e rt l l e a s p r e s s e d ，t h es o l u t i o n a g e d o r 私s 0 1 u t i o nc o n d t i o n ，a l l n s i s to fo n l y b e r y l l i u mm a t r j xa n d t l 他s e c o n dp h a b e o p m l o n g e d ( t w e f i t yh o u r s ) 砌朗l i n g 缸7 5 0 a | l d 6 0 0 既曲l et h ef e ，舢i nh o t p r e s s e db e r y m u mm a t 甜a lt of o m f e b e 4c o m p o 唧d 、v i t l lb e e 腩c t i v e l va n dt h c r e b yt o1 i m i tt h ep r e s e n c eo f 矗e 0 n t l eg r a i nb o u n d 越e s 趾di m p r o v e t i l e e l o n g a t i o n o fb 町v l l i u mm a t “a 1w i t h o u tk 哪i n gt h e om v ：a r e rt e n _ h o u r 蚰d t w e n t v h o u rs o l u t i o na 旦i n ga n dt w o | ( i n d so fa n n e a l i n gp r o c e s s t h en 吐w o r kd i s l o c a t i o n s t m c t u r ef o m e di nb e r y l l i u mm a t 酣a 1 i nm i sp a p e r a l la p p r o a c ht om i c r 0 y i e i dm e c h a n i s mo fb e r y l l i u mi sf i r s ti nt h ew o r l dm a d e p r e l i m i n a r i l vb 私e do nt b ea n a l y s i so fm i c r o 一蚵e l dp m c e 鼹a n dd i s l o c a t i o nm o v e m e n tb e f o r e a n da 矗e rm i c r o v i e l da n dt h ed i f f e r e mm i c r o y i e 】dp e r i o d ac e r t a i ns t r a i n 、埔l lb ep r o d u c e d 船as m a l ls t r e s si sl o a d e do nt h es a m p l e ，a n di ft h es t r a i nw i l li n c r e a s ef a s t e fa st h es t r e s s i n c r e a s e s ，t l l esa i l a p l eh a sl o w e ro 加v s o nt h ec o n t m r y i f n os t r a i ni sp r o d u c e du n d e rac e r t a i n s t r e 3 so ri ft h es t r a j ni n c r e a s e ss l o w l vw h e nt h es t r e s si n c r e a s e s ，t h es a m p l eh a sc e r t a i n l y l l i g h e r om y s t h ed i s l o c a t i o n si nb e r y l l i u mc r y s t a ia r ep i n n e du pb yb e 0a n dt h ed e n s i t yo f d i s l o c a t i o ni sh i g h e rb e f b r em i c r o v j e l d a r e r1 1 0 os t r a i l l ，t t l ed i s l o c a t i o n si naf b wl 叮a i n s e s c a p ef o mt h ep i n n i n go fb e oa n db e 譬i nt om o v e w h e nt h es t r a i nr e a c h e s5 0 1 0 一，a i i 。 1 g r e a t 咖m b e ro fd i s l o c a t j o n sm a v ej nt h e 鲥n sa n da c c u m u l a t eo nt h eg r a i nb o u n d 盯i e s t h r o u g hc l i m b i n ga n df o mt h e “d i s l o c a t i o ns c r e e n ”a d i s l o c a t i o nw a l l ”i sf o r n l e d t h r o u g h t h ea c c u m u l a t i o no f d i s l o c a t i o n s u n d e r a 2 0 0 x l o _ os t r a i n d i s l o c a t i o n s i nc r y s t a l w i l l b e c o m er 盯ea r e rt h es a m p l eh a sb e e nt e n s j o nf a c t u r e dt h r o u g hm a n vc o m 口扣州v et e s t s b e t w e e nm ev a j u eo f om y sa f l dt h ec o r r e s p o n d i n gv a l u eo f 。o 2 ，at e n t a t i v e r r e s p o n d i n g l a wi sd b t a i n e da n dt l i el i n e a rr e l a t i o n s h i pb e t w e e n o m y 。a n d oo 2 i sp r o v e db e t t e rt h 柚t h e t e s t sm a d ei na m e r i c a ni s 娜e c t e dt l a tam o r ep r e c i s er e l a t i o n s l l i pw i l lb es u m m a r i z e do u t a r e rt h e 如r 山e rt e s t s ，粕df i n a l l yt h et e d i o u som y st e s t sc a i lb er e p l a c e db yc o m m o n 蛐d s i m p l eoo 2t e s 【s t h r o u g h t l i e c o m p a r a t i v e t e s t sb e c w e e nd o m e s t i cs t r a i n g a u g e s 卸d i m p o n e do n e s hi s 吼l r et h a tt h es t r a i ng a u g e sm a d ei nc h i n a c a nb eu s e df o r 盯嘣v s ( 1 1 0 巾) t e s t so f b e r y i l i u mt or e d l a c et h ei “巾o r t e dp r o d u c t s 第一章金属铍的尺寸稳定性与微屈服强度研究概况 第一节金属铍的国内外研究、发展概况 1 1 1 金属镀的性质 铍的原子序数为4 ，原子量为9 ，是一种密排六方结构的稀有轻金属，它有一系列独 特而优异的性质( 见表1 1 ) ，主要包括j ： ( 1 ) 密度低。镀的密度仅为l8 5 啪3 ，比铝轻3 0 ，为钢的l 4 ，钛的一半。 ( 2 ) 熔点高达1 2 8 5 ，是铝和镁的两倍，这使它能用于其他任何轻金属都会软化或熔 化的地方。 ( 3 ) 弹性模量( 杨氏模量) 非常高，为3 0 3 g p a ，是铝的4 倍多，钛的28 倍和钢的1 ，7 倍，尤其弹性模量，密度，即所谓比刚度，是所有金属中最高的，是铝、铁、钛等常用金 属的乱7 倍。 ( 4 ) 镀的强度也相当高，尤其是比强度( 强度密度) ，是钢的4 倍，钛和铝的3 倍。 ( 5 ) 铍有良好的热性能。镀是所有金属中热容量最大的一种金属。单位重量的热导率 比其他金属都大，其热扩散性能好，因此所受热应力小。铍的热膨胀系数很低，室温下 与不锈钢和镍钴合金相当，为铝的l 2 。 ( 6 ) 铍对热中子吸收截面在所有金属中是最小的( 0 0 0 9 巴) ，热中子散射截面大( 6 9 巴) 。它还具有高的x 射线穿透率，是铝的7 倍。 除了上述优点外，镀也有其致命的缺点：贵、脆、毒。 资源少，矿物品位低，提取困难，加工流程长，需要特殊防护，同时市场需求量较 少，这些决定了其较高的成本【4 1 。 密排六方结构，少的滑移系和低的体积弹性模量与剪切模量比( 1 ( g ) ，决定了其脆 性1 2 9 1 0 1 。 7 镀的粉尘或烟雾等可使人体呼吸道、皮肤和其它器官发生病变，常见的是慢性镀肺 病l 】1 ，1 2 1 ”。 、 1 _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ _ - - - _ _ _ _ _ _ - - - _ _ _ _ _ - - - _ _ - _ i l _ - _ _ _ _ - - 。一一 表1 l宇航常用金属材料物理力学性能 1 曲i e l 1p r o p e m e so fm a j o rm e t a lm a t 酣a l su s e di na e r o s p a c e 性能钢钛铝镁镀 p i - o p e 啊 s t lt ia j m g b e 密度7 9452 7l8l8 5 d 瞰s i b 垤。3 弹性模量 1 8 21 0 56 94 5 53 0 3 e l 矗cm o d u l 枷p a 比刚度 2 32 32 552 5 - 31 6 4 s p c c i 丘c 撕日k s s ，1 0 6 m 线膨胀系数 1 l8 52 22 41 1 4 ( 丁e ，1 0 。k 一1 热导率 8 0 22 1 9 2 3 71 5 62 0 0 1 1 啪a i 伽咂d l w 酾t y 九v ( m k ) 一1 比热容量 4 4 9 5 2 29 0 01 0 2 51 8 2 5 s p c c i 丘ch c a 埘( k g k ) 。 l1 2镀的应用 铍具有独特的力学与物理性能，因此，在核反应堆、x 射线、航空航天及消费性装 置领域得到了愈来愈多的应用。 ( 1 ) 航空航天用结构、仪表材料 铍与铝合金、镁合金和钛合金相比，具有密度小，比刚度、比强度高，热学性能好等特 性，是航空、航天良好的结构和仪表材料。尤其是比强度、比剐度高，使系统在保证一 定强度、刚度的情况下，可减轻系统重量，这对空间材料至关重要。根据不同结构部件， 用镀代替传统结构材料，理论上可使主机重量减轻3 嘶似以上f i ”。从最早的美国海军 的“海神式”导弹的圆锥形顶端部分、“民兵”导弹的间隔器、“阿吉那”飞船的前端框 架到虽近的a t s 6 高级技术卫星用磁强计杆，r c a 通讯卫星折叠式太阳能电池板支架等 【“。5 。16 1 ，都使用了铍作结构部件。 铍在飞机、宇宙飞船、导弹、卫星和潜水艇中用于精密仪表，包括陀螺仪、加速度 表、光学基座精密旋转轴等p h ”。使用镀作精密导航仪表的型号包括“民兵”、“m x ” 洲际导弹，“北极星”舰载导弹，“阿波罗”登月飞船，三叉戟及波音飞机等p 。5 ”。1 ”。 2 j ( 2 ) 光学镜体材料 铍的低密度、商弹性模量、良好的尺寸稳定性，尤其是经抛光后，可反射约9 5 的 红外线，使其常被用作镜面。镀镜与相同刚性的铝镜相比，重量只有铝的l ，6 ，节省每一 公斤重量，发射成本将降低9 0 0 0 之0 0 0 0 美元【2 0 l ，换句话说，节省每一公斤重量，能增加 七公斤的有效负载或燃料。因此，在资源探测卫星、气象卫星以及其他利用红外线的各 种仪器、天体望远镜、大型激光镜、高速相机和火灾控制系统等设施上，铍成为不可缺 少的材料蠊2 “啦“卅。最近报道，在f 1 5 、f 1 6 战斗机上配备了装有铍镜和铍支架 结构的战略光学系统l ”。”，以使飞行员在黑暗中低空飞行时也能发现目标。文献【2 5 】还报 道铍镜将用于“西德豹”坦克和 皿a i 坦克的高级射击控制系统，改善坦克功能。 ( 3 ) 在x 射线和核装置中的应用 镀具有优异的软x 射线和其它辐射线如y 射线的透过性，用作x 射线管窗口，广泛 用于医疗辐射探澳4 装置等【2 “。“5 “”。 日本雅马哈公司用真空镀膜法制造了5um 厚的镀箔材用于扬声器的振动膜片，具有 最佳的音响效果f ”1 。 镀的中子散射截面大，吸收截面小，其原子核质量小，能有效地把高能中子减速到低能， 并能使中子返回堆芯降低漏出率，因此是核反应堆良好的减速剂和反射层材料瞄z 孤明。 铍还可以用作反应堆中的二次中子源，用以进行开动新的或修复后的反应堆，并能 降低反应堆的燃料用量1 2 。 镀的另一个新的重要用途是核聚变反应堆中的应用。目前，美国、俄罗斯和日本都 在对此进行研究1 2 6 2 8 2 ”。 铍还被大量应用于保密的武器系统。 ( 4 ) 热学应用 铍有高的比热，良好的导热性和高的熔点等优点，这些性能使镀成为高效、轻质的 吸热材料。“协和式”超音速客机的制动器，c 5 a 军事运输机、f - 1 4 战斗机、s 3 a 猎潜 机等的承载制动盘，“水手”9 号火箭发动机推进室和“海盗”轨道飞行器发动机等都曾 用镀制作而成1 7 “4 一“。此外，在“北极星”与“海神式”导弹以及水星与双子星座舱中 都使用了镀隔热屏。 1 13 世晃铍工业发展概况 世界上主要从事金属铍研究与生产的公司有：美国布拉什韦尔曼公司，俄罗斯 k o m p o i z l l r 科研生产联合体、哈萨克乌尔巴科研与生产联合体、中国的西北稀有金属材 料研究院和水口山矿务局第六冶炼厂、日本n g k 金属公司( 碍子公司) 、印度巴巴原子 3 _ _ _ _ _ - - - - _ - _ _ _ _ - _ _ - 一一p 能中心铍试验厂、英国联合铍公司等【3 ”。从研究水平、生产规模看，美国、俄罗斯、哈 萨克斯坦和中国被认为是世界主要镀生产国。 文献 3 2 】报道，美国布拉什韦尔曼公司是世界第一大铍公司，其历史可追溯到1 9 2 1 年，当时的实验公司就开展了镀的提取研究。1 9 3 1 年，正式成立布拉什铍公司。1 9 7 1 年 购入韦尔曼公司后，改名为布拉什韦尔曼公司。主要从事矿石处理、金属镀加工、氧化 铍陶瓷和铍铜、镀铝合金的生产。1 9 9 4 年该公司销售额达3 5 亿美元【3 3 j 。 哈萨克斯坦乌尔巴科研与生产联合体，始建于1 9 3 2 年，是一个综合性冶金工厂，从事 铀、镀、钽和超导材料生产，其中镀的生产从矿石处理开始，直到生产镀材、铍合金及b e 0 陶瓷等制品，粉末锻造铍材是其特色产品。生产能力仅次于美斟”。”。 日本碍子公司成立于1 9 1 9 年。1 9 5 5 年开始铍的研究，1 9 7 6 年其矿石处理部分停止 生产，1 9 8 6 年购买了美国第二大铍公司卡博特公司，更名为n g k 金属公司。主要 从事镀铜铸、锻和轧制产品以及镀铝、镀镍合金生产，还生产少量铍制品( 真空热压锭 及铍片、箔等) 及氧化铍陶瓷p “。 七十年代末八十年代初，印度原子能部为充分利用本国丰富的绿柱石，自行设计在 新孟买建立了一个镀试验厂。从矿石处理开始生产真空热压铍材p 7 l 。 文献【3 4 】报道，1 9 2 9 年德国西门子公司生产了金属镀，法国则始于1 9 3 3 年，英国为 1 9 5 6 年，他们都在五十年代末至七十年代初期，在核技术应用推动下有过辉煌的时代， 后随核应用的减少，其铍工业相继停产或减小规模。 我国镀工业起步较晚，1 9 5 4 年开始提取实验。1 9 5 8 年建成金属镀珠生产线，6 0 年代 初开始铍铜压延产品生产，1 9 6 6 年建成镀粉末冶金与压力加工生产线，从而形成了从矿 石处理到制品生产的比较完整的工业体系p 8 l 。但在生产能力、产品品种、技术水平和应 用领域等方面，我国铍工业与美、俄、哈萨克斯坦等国比较均有一定差距。 1 1 4 镀的粉末冶金技术及镀材研究发展概况 1 1 4 1 铍粉末冶金技术的研究历史与现状 镀的粉末冶金始于1 9 4 7 年，其主要工艺流程为：铍珠一熔铸一制粉一成形圃结一机 械加工。 ( 1 ) 镀珠。镀珠是从矿石中提取金属镀的最终产品。多数商业铍制品的制造都是从 氟化镀镁热还原制