טונגסטן באפליקציות ביטחוניות ותעופתיות שימושים מתקדמים בחומרים בעלי משקל סגולי גבוה באפליקציות צבאיות ותעופתיות

מבוא

משקל סגולי גבוה בנפח מינימלי הוא יתרון תכנוני מובהק לשימושים כגון: איזון מערכות מוטסות, שיכוך רעידות, בקרת מסה או תכנון של מכלולים קומפקטיים ועמידים.
שילוב כזה של משקל גבוה, עמידות גבוהה לאלמנטים וממדים מצומצמים הוא אתגר הנדסי שקשה להשיגו בחומרים קונבנציונליים.

לאורך השנים, חומרים מבוססי טונגסטן, ובמיוחד Poly Tungsten (פולי-טונגסטן) וסגסוגות טונגסטן כבדות (WHA), הפכו לפתרון מועדף עבור אפליקציות צבאיות שדורשות דיוק, יציבות מבנית ונפח מינימלי.

מהו Poly Tungsten ולמה הוא רלוונטי לאפליקציות צבאיות ותעופתיות?

Poly Tungsten הוא קומפאונד פלסטי המשלב אבקת טונגסטן בריכוז משתנה עם מגוון של פולימרים הנדסיים תרמופלסטיים כמו PA, ABS או LCP כבסיס למטריצה הפולימרית.
באמצעות שליטה בהרכב, ניתן לייצר חומר בצפיפות בין 3 ל‑13 גרם/סמ”ק, ולהתאים אותו לדרישות מערכת משתנות: מהפחתת רעידות ועד לאיזון דינמי של מכלולים נעים.

השימושים המרכזיים בתעשייה הביטחונית בישראל כוללים:

• משקולות איזון לכלי טייס בגדלים שונים מזעירים לרגילים, לוויינים, ג’יירוסקופים ומערכות מוטסות
• שיכוך רעידות במערכות אלקטרוניות או מכאניות רגישות
• תוספת מסה נקודתית ללא הגדלת נפח, לדוגמה, בתוך מכלול מוגבל גיאומטרית
• בידוד אלקטרו-מגנטי, חשמלי או אקוסטי ביישומים רגישים

סגסוגות טונגסטן כבדות (WHA): כשיש דרישה גם לחוזק מכני

מעבר ל-Poly Tungsten, קיימות אפליקציות צבאיות מתקדמות בהן נדרש גם חוזק מכני גבוה, עמידות בטמפרטורות גבוהות והתנהגות יציבה לאורך זמן.
במקרים כאלה נעשה שימוש בסגסוגות טונגסטן כבדות – בעיקר W‑Ni‑Fe (מגנטיות) או W‑Ni‑Cu (לא מגנטיות), שמיוצרות בשיטות סינטור ומגיעות לצפיפויות של 16.5–18.7 גרם/סמ”ק.

יתרונות בולטים לשוק הבטחוני ותעופתי הישראלי

1. חיסכון במקום – מאפשרים תכנון קומפקטי, במיוחד ברכיבים מוטסים ואלקטרוניים
2. שליטה מדויקת במסה – חשוב במיוחד לאיזון מערכות בתנועה או ברזוננס
3. תאימות רגולטורית וסביבתית – פתרונות לא רעילים, ניתנים למחזור, עומדים ב‑RoHS
4. ייצור מקומי – יכולת ייצור מדויקת בישראל לצרכים ופרויקטים ביטחוניים רגישים

תכונות ויתרונות נוספים:

• מיגון קרינה: ניתן לייצר רכיבים מורכבים למיקומים אסטרטגיים בתוך מכלול, לדוגמה בקרבת מקור קרינה (XRAY, BETA, GAMMA) או רכיב רגיש
• שילוב עם אלקטרוניקה: החומר איננו מגנטי (בהתאם לתרכובת), ולכן ניתן לשלבו באזורים רגישים לשדות מגנטיים, לרבות חיישנים, אנטנות ועוד
• עמידה בתקנים סביבתיים: החומר תואם לדרישות מחמירות ואינו מסווג כחומר מסוכן – יתרון משמעותי בפרויקטים הממומנים או מפוקחים על ידי גורמים ממשלתיים ורגולטוריים
• ויכולות ייחודיות נוספות…

מיגון קרינה – בהרחבה

בכדי להבין את יעילות החומר בחסימת קרינה, יש לבחון את מנגנוני האינטראקציה של קרינת גמא עם חומר צפוף כמו סגסוגות טונגסטן כבדות. שלושת המנגנונים העיקריים הם:

1. אפקט פוטואלקטרי – דומיננטי באנרגיות נמוכות (מתחת ל-1 MeV), בו הפוטון נבלע כליל על ידי האטום.
2. פיזור קומפטון – דומיננטי בתחום הביניים (1–5 MeV), בו הפוטון מתנגש באלקטרון ונבלם חלקית.
3. יצירת זוגות – מתרחש באנרגיות מעל 022 MeV, כשפוטון מתפרק לאלקטרון ופוזיטרון בסמוך לגרעין.

מאחר שטונגסטן הוא חומר בעל מספר אטומי גבוה (Z=74) וצפיפות גבוהה, הוא מציג חתך בליעה גדול במגוון רחב של אנרגיות. בפולי-טונגסטן, ככל שאחוז אבקת הטונגסטן גבוה יותר, כך עולה יעילות הבליעה (attenuation) של קרינה מייננת.

מדידות מעבדה שנערכו על דגמי פולי-טונגסטן בצפיפויות שונות הראו שיעורי בליעה של מעל 90% בעובי דופן של 5–10 מ”מ, בטווח האנרגיה של 60–140 keV – טווח רלוונטי למערכות X-ray רפואיות וביטחוניות.

לסיכום

Poly Tungsten וסגסוגות טונגסטן כבדות מציעים פתרון מהותי לאפליקציות צבאיות ותעופתיות שדורשות שילוב ייחודי של מסה גבוהה, עמידות, גמישות תכנון ותאימות סביבתית. באמצעות טכנולוגיות ייצור מתקדמות ויכולת הנדסית מקומית, ניתן ליישם פתרונות מותאמים לפרויקטים מורכבים – ממערכות על הקרקע ועד החלל החיצון.

ייצור מתקדם של רכיבי פולי-טונגסטן בהזרקה תעשייתית – היכולות הקיימות בישראל

היכולת לייצר רכיבים מפולי-טונגסטן בשיטת הזרקה תעשייתית (Injection Molding) מהווה שילוב בין שתי דיסציפלינות הנדסיות – עיבוד פולימרים הנדסיים ומטלורגיה אבקתית Powder Metallurgy)).

בתהליך זה, אבקת טונגסטן בצפיפות 19.3 גרם/סמ״ק עוברת קומפאונדינג מבוקר עם פולימרים תרמופלסטיים כמו PA, ABS, או LCP ליצירת קומפאונדים של חומרים קשיחים, וגם ליצירת חומרים גמישים (TPU).
באמצעות שליטה ביחס אבקה/פולימר, ניתן להגיע לצפיפויות משקליות סופיות של 3 עד 13 גרם/סמ״ק, בהתאם לדרישות היישום – בין אם מדובר בהפחתת משקל במערכות מוטסות או השגת מקסימום משקל סגולי בנפח מצומצם.

באפליקציות ביטחוניות ותעופתיות, שלבי הייצור אינם מסתיימים ביצירת הרכיב בלבד. לעיתים נדרש תהליך אינטגרטיבי מלא הכולל את תכנון ההנדסה של החלק, פיתוח האבטיפוס, ביצוע בדיקות והתאמות, ייצור והרכבת מכלולים ותתי־מערכות (Sub Assemblies) ועד לאריזתו ושילוחו כיחידת מוצר מוגמרת ליצרן הציוד המקורי (OEM).
מודל זה מאפשר בקרה מלאה על התהליך, אחידות באיכות המוצר, והפחתת נקודות כשל אפשריות בשרשרת האספקה, תוך הקפדה על עמידה בתקני איכות ובקרת תהליך מחמירים כדוגמת ISO 9001 ותקנים ייעודיים נוספים הנדרשים בפרויקטים ביטחוניים ותעופתיים.

יתרונות לשימושים ביטחוניים:

• דיוק ממדי גבוה – חיוני לרכיבים אינטגרליים במערכות נשלטות מרחוק, מערכות ניווט, ואיזון תנועה.
• צפיפות מתכווננת – אפשרות להתאים יחסי מסה/נפח של כל רכיב לדרישות הדינמיות של המערכת.
• תאימות רגולטורית מלאה – עמידה בתקני RoHS, ללא חומרים מסוכנים, ויכולת מיחזור בסוף חיי המוצר.
• הפחתת פחת חומר – ניצול מלא של חומרי הגלם לעומת שיטות סינטרינג או עיבוד שבבי, בהן אחוזי הפסד החומר גבוהים משמעותית (תפיסה תפעולית/ייצורית של (Metal Replacement.

יכולת זו, הקיימת כיום במתקנים ייעודיים בישראל במפעלים כמו שער גיורא – פתרונות פלסטיקה מתקדמים (Radiguard), מאפשרת מענה לדרישות ייחודיות של צרכים ביטחוניים רגישים, תוך שילוב ביצועים מכניים גבוהים עם יעילות ייצורית והתאמה סביבתית.

מקורות:

• shaargiora.co.il
• Radiguard.de
• Radiation Effects and Sources (IAEA)
• JBPE-14-229
• ASTM B777-15(2020) Standard Specification for Tungsten Base, High-Density Metal

---

קרדיט תמונת כותרת: שער גיורא בע”מ