Gennemgang af applikationsstatus og udviklingstendenser for 16 store militære nye materialer （1）

Materialeteknologi har altid været et meget vigtigt felt inden for de videnskabelige og teknologiske udviklingsplaner for lande over hele verden. Sammen med informationsteknologi, bioteknologi og energiteknologi anerkendes det som en højteknologi, der dækker den samlede situation for menneskeheden i nutidens samfund og i en betydelig periode i fremtiden. Materialer Højteknologi er også den vigtigste teknologi i den moderne industri, der understøtter dagens menneskelige civilisation, og det er også det vigtigste materielle grundlag for et lands nationale forsvar. Forsvarsindustrien er ofte den prioriterede bruger af nye materialeteknologiske resultater, og forskningen og udviklingen af ​​nye materialeteknologi spiller en afgørende rolle i udviklingen af ​​forsvarsindustrien og våben og udstyr.

Den strategiske betydning af nye militære materialer Nye militære materialer er det materielle grundlag for en ny generation af våben og udstyr og er også nøgleteknologier inden for det militære felt i dagens verden. Militær nye materialeteknologi er en ny materialeteknologi, der bruges i det militære felt, som er nøglen til moderne sofistikerede våben og udstyr og en vigtig del af militær højteknologi. Lande overalt i verden har lagt stor vægt på udviklingen af ​​ny militærmaterialeteknologi. At fremskynde udviklingen af ​​nye militære materialeteknologi er en vigtig forudsætning for at opretholde militær ledelse.

Anvendelsesstatus for nye militære materialer Nye militære materialer kan opdeles i to kategorier: strukturelle materialer og funktionelle materialer i henhold til deres anvendelser. De bruges hovedsageligt i luftfartsindustrien, luftfartsindustrien, våbenindustrien og skibsbygningsindustrien.
Militære strukturelle materialer 1. Aluminiumslegering Aluminiumslegering har altid været det mest anvendte metalkonstruktionsmateriale i den militære industri. Aluminiumslegering har egenskaberne ved lav densitet, høj styrke og god behandlingspræstation. Som et strukturelt materiale kan det fremstilles til profiler, rør, højribberede plader i forskellige tværsnit på grund af dets fremragende behandlingsydelse for at give fuldt ud af materialets potentiale og forbedre stivheden og styrken af ​​komponenternes . Derfor er aluminiumslegering det foretrukne lette strukturelle materiale til våben letvægt. I luftfartsindustrien bruges aluminiumslegering hovedsageligt til at fremstille flyskind, skotter, lange bjælker og honing stænger; I luftfartsindustrien er aluminiumslegering et vigtigt materiale til lanceringskøretøjer og rumfartøjer strukturelle dele. Inden for våben er aluminiumslegering med succes brugt i infanterikampkøretøjer og pansrede transportkøretøjer. De nyligt udviklede Howitzer -pistolmonteringer bruger også et stort antal nye aluminiumslegeringsmaterialer. I de senere år er brugen af ​​aluminiumslegering i luftfartsindustrien faldet, men det er stadig et af de vigtigste strukturelle materialer i den militære industri. Udviklingstrenden for aluminiumslegeringer er at forfølge høj renhed, høj styrke, høj sejhed og høj temperaturresistens. De aluminiumslegeringer, der bruges i den militære industri, inkluderer hovedsageligt aluminium-lithiumlegeringer, aluminiumskobberlegeringer (2000-serien) og aluminium-zink-magnesiumlegeringer (7000-serien). De nye aluminium-lithiumlegeringer bruges i luftfartsindustrien, og det er forudsagt, at vægten af ​​fly falder med 8 ~ 15%; Aluminium-lithiumlegeringer vil også blive kandidatstrukturelle materialer til rumfartøjer og tyndvæggede missilskaller. Med den hurtige udvikling af luftfartsindustrien er forskningsfokus for aluminium-lithiumlegeringer stadig at løse problemet med dårlig sejhed i tykkelsesretningen og reducere omkostningerne. 2. Magnesiumlegeringer Som det letteste tekniske metalmateriale, har magnesiumlegeringer en række unikke egenskaber, såsom lysspecifik tyngdekraft, høj specifik styrke og specifik stivhed, god dæmpning og termisk ledningsevne, stærk elektromagnetisk afskærmningsevne og god vibrationsreduktion, hvilket meget Mød behovene hos militære felter såsom rumfart, moderne våben og udstyr. Magnesiumlegeringer bruges i vid udstrækning i militært udstyr, såsom tankstolrammer, kommandør spejle, skyttespejle, gearkassehuse, motorfilter sæder, vandindløb og udløbsrør, luftdistributørstol, oliepumpehuse, vandpumpehuse, olievarmeudvekslere, Oliefilterhuse, ventildæksler, åndedrætsværn og andre køretøjsdele; Taktiske luftforsvarsmissilstøtterum og aileron -skind, vægpaneler, forstærkningsrammer, rorplader, skotter og andre missildele; Jagerfly, bombefly, helikoptere, transportfly, luftbårne radarer, overflade-til-luft-missiler, lanceringskøretøjer, satellitter og andre rumfartøjskomponenter. Magnesiumlegeringer er lette i vægt, god i specifik styrke og stivhed, god i vibrationsreduktion, elektromagnetisk interferens og stærk i afskærmningsevne, som kan opfylde kravene til militære produkter til vægttab, støjabsorption, stødabsorption og strålingsbeskyttelse. Det indtager en meget vigtig position i rumfart og national forsvarskonstruktion og er et vigtigt strukturelt materiale, der kræves til fly, satellitter, missiler, krigere, tanke og andre våben og udstyr. 3. Titanium Alloy Titanium Alloy har høj trækstyrke (441 ~ 1470MPa), lav densitet (4,5 g/cm³), fremragende korrosionsbestandighed, visse høje temperaturens udholdenhedsstyrke ved 300 ~ 550 grader og god lavtemperaturpåvirkningssejhed og er et ideal let strukturelt materiale. Titaniumlegering har de funktionelle egenskaber ved superplasticitet. Ved at bruge superplastisk dannelse af diffusionsbindingsteknologi kan legeringen fremstilles til produkter med komplekse former og præcise dimensioner med lidt energi og materielt forbrug. Anvendelsen af ​​titaniumlegering i luftfartsindustrien er hovedsageligt at fremstille flyreselskabsstrukturelle dele, landingsudstyr, understøttelsesbjælker, motorkompressorskiver, klinger og led; I luftfartsindustrien bruges titanlegering hovedsageligt til at fremstille bærende komponenter, rammer, gascylindre, trykfartøjer, turbinepumpehylster, faste raketmotorforinger og dyser og andre dele. I de tidlige 1950'ere blev industrielt rent titanium brugt til at fremstille varmeskærme, haleovertræk, hastighedsbremser og andre strukturelle dele af den bageste flykrop på nogle militære fly; I 1960'erne udvides anvendelsen af ​​titanlegeringer i flykrugter til flap glidende, bærende skotter, landingsgearstråler og andre større bærende strukturer; Siden 1970'erne er brugen af ​​titanlegeringer i militære fly og motorer steget hurtigt, fra krigere til store militære bombefly og transportfly. Dets anvendelse i F14- og F15 -fly tegner sig for 25% af den strukturelle vægt, og dens anvendelse i F100- og TF39 -motorer når henholdsvis 25% og 33%; Efter 1980'erne har titanlegeringsmaterialer og processteknologier opnået yderligere udvikling, og et B1B -fly kræver 90402 kg titanium. Blandt de eksisterende titanlegeringer til rumfart er den mest anvendte multi-purpose A+B type Ti -6 al -4 V legering. I de senere år har Vesten og Rusland successivt udviklet to nye typer titanlegeringer, nemlig høj styrke, høj-sværhed, svejselige og danne titanlegeringer og høje temperatur, højstyrke, flammehæmmende titanlegeringer. Disse to avancerede titanlegeringer har gode applikationsudsigter i den fremtidige luftfartsindustri.

Med udviklingen af ​​moderne krigsførelse har hæren brug for et multifunktionelt avanceret howitzer -system med stor magt, lang rækkevidde, høj nøjagtighed og hurtig responsevne. En af de vigtigste teknologier i avancerede Howitzer -systemer er ny materialeteknologi. Den lette vægt af selvkørende artilleritår, komponenter og lette metalpansrede køretøjer er en uundgåelig tendens til udviklingen af ​​våben. Under forudsætningen for at sikre dynamik og beskyttelse bruges titanlegeringer i vid udstrækning i hærvåben. Anvendelsen af ​​titaniumlegering i den 155 artilleri -rekylbremse kan ikke kun reducere vægten, men også reducere deformationen af ​​pistoltønden forårsaget af tyngdekraften, hvilket effektivt forbedrer skydernøjagtigheden; Nogle komplekse formede komponenter på hovedkamptanke og helikopter-anti-tank multi-purpose missiler kan laves af titaniumlegering, som ikke kun kan opfylde produktets ydelseskrav, men også reducere behandlingsomkostningerne for komponenter. I lang tid i fortiden var anvendelsen af ​​titanlegeringer meget begrænset på grund af de høje produktionsomkostninger. I de senere år udvikler lande over hele verden aktivt titanlegeringer til billige legeringer, mens de reducerer omkostningerne, er de også nødt til at forbedre ydelsen af ​​titanlegeringer. I mit land er fremstillingsomkostningerne for titanlegeringer stadig relativt høje. Med den gradvise stigning i brugen af ​​titanlegeringer er det at søge lavere produktionsomkostninger en uundgåelig tendens i udviklingen af ​​titanlegeringer. 4. sammensatte materialer 4.1 harpiksbaserede sammensatte materialer harpiksbaserede kompositmaterialer har god dannelse af processabilitet, høj specifik styrke, høj specifik modul, lav densitet, træthedsmodstand, stødabsorption, kemisk korrosionsbestandighed, gode dielektriske egenskaber, lav termisk ledningsevne og anden egenskaber og er vidt brugt i den militære industri. Harpiksbaserede kompositmaterialer kan opdeles i to kategorier: termosætning og termoplastisk. Termohærdende harpiksbaserede sammensatte materialer er en type sammensat materiale, der er baseret på forskellige termohærdende harpikser og tilsat med forskellige forstærkende fibre; Mens termoplastiske harpikser er en type lineær polymerforbindelse, der kan opløses i opløsningsmidler, blødgøres og smeltes i en tyktflydende væske, når de opvarmes, og hærdet til et fast stof efter afkøling. Harpiksbaserede kompositmaterialer har fremragende omfattende egenskaber, let forberedelsesteknologi og rigelige råmaterialer. I luftfartsindustrien bruges harpiksbaserede sammensatte materialer til at fremstille flyvinger, flykroger, canards, vandrette haler og motorkanaler; I rumfartsfeltet er harpiksbaserede sammensatte materialer ikke kun vigtige materialer til ror, radarer og luftindløb, men kan også bruges til at fremstille den termiske isoleringsskal af forbrændingskammeret af faste raketmotorer og kan også bruges som Ablative varmebestandige materialer til motordyser. De nye cyanatharpikskompositmaterialer, der er udviklet i de senere år, har fordelene ved stærk fugtighedsresistens, gode mikrobølgedielektriske egenskaber og god dimensionel stabilitet. De er vidt brugt til fremstilling af luftfartsstrukturelle dele, primære og sekundære belastningsbærende strukturelle dele af fly og radarantenneovertræk. 4.2 Metalbaserede kompositmaterialer Metalbaserede sammensatte materialer har høj specifik styrke, høj specifik modul, god høj temperaturydelse, lav termisk ekspansionskoefficient, god dimensionel stabilitet og fremragende elektrisk og termisk ledningsevne. De er blevet vidt brugt i den militære industri. Aluminium, magnesium og titanium er de vigtigste matrixer for metalbaserede sammensatte materialer, og forstærkende materialer kan generelt opdeles i tre kategorier: fibre, partikler og whiskers. Blandt dem har partikelforstærket aluminiumsbaserede sammensatte materialer indgået modelverifikation, såsom at blive brugt i F -16 -kæmpere som ventrale finner i stedet for aluminiumslegeringer, og deres stivhed og liv er meget forbedret. Kulfiberforstærket aluminium og magnesiumbaserede sammensatte materialer har høj specifik styrke, tæt på nul termisk ekspansionskoefficient og god dimensionel stabilitet og bruges med succes til at fremstille kunstige satellitbeslag, L-bånd plane antenner, rumteleskoper, kunstige satellitparaboliske antenner, osv.; Siliciumcarbidpartikelforstærket aluminiumsbaserede sammensatte materialer har god høj temperaturydelse og slidstyrke og kan bruges til at fremstille raketter, missilkomponenter, infrarøde og laservejledningssystemkomponenter, præcisions-avionik-enheder osv.; Siliciumcarbidfiberforstærket titaniumbaserede sammensatte materialer har god høj temperaturresistens og oxidationsmodstand og er ideelle strukturelle materialer til motorer med højt tryk og vægt. De er gået ind i teststadiet for avancerede motorer. Inden for våbenindustrien kan metalbaserede kompositmaterialer bruges til hale med storkaliber, der er stabiliseret kasseret sabot rustningspiercing-projektiler, anti-helikopter/antitanken med flere formål missile solide motorskaller og andre dele for at reducere vægten af Karakteren og forbedrer kampkapaciteterne. 4.3 Kerambaserede kompositter Keramiske baserede kompositter er en generel betegnelse for materialer, der er forstærket med fibre, whiskers eller partikler og kombineret med keramiske matrixer gennem en bestemt sammensat proces. Det kan ses, at keramiske-baserede kompositter er multifasematerialer sammensat af en anden fase-komponent introduceret i en keramisk matrix. Det overvinder den iboende uklarhed af keramiske materialer og er blevet et af de mest aktive aspekter af den aktuelle materialevidenskabelige forskning. Keramiske-baserede kompositter har egenskaberne ved lav densitet, høj specifik styrke, gode termomekaniske egenskaber og termisk chokresistens og er et af de vigtigste understøttende materialer til den fremtidige udvikling af den militære industri. Selvom keramiske materialer har god høj temperaturydelse, er de meget sprøde. Metoder til forbedring af keramiske materialer er skabning inkluderer faseændring, mikrokrackhærdning, spredt metalhærdning og kontinuerlig fiberhærdning. Keramiske-baserede kompositter bruges hovedsageligt til at fremstille dyseventiler til flykasturbinemotorer, der spiller en vigtig rolle i forbedring af tryk og vægt-forholdet mellem motorer og reduktion af brændstofforbrug. 4.4 Carbon-carbonkompositter Carbon-carbonkompositter er sammensætninger sammensat af kulfiberforstærkninger og carbonmatrixer. Carbon-carbonkompositter har en række fordele, såsom høj specifik styrke, god termisk stødmodstand, stærk ablationsmodstand og designbar ydeevne. Udviklingen af ​​carbon-carbonkompositmaterialer er tæt knyttet til de strenge krav til rumfartsteknologi. Siden 1980'erne er forskningen på carbon-carbonkompositmaterialer kommet ind på scenen med forbedring af ydeevnen og udvidet applikationer. I den militære industri er den mest iøjnefaldende anvendelse af carbon-carbonkompositmaterialer det anti-oxidation carbon-carbon næse keglehætte og vinge førende på rumfærgen, og det største carbon-carbon-produkt er bremsepuden til supersonisk fly. Carbon-carbonkompositmaterialer bruges hovedsageligt som ablative materialer og termiske strukturelle materialer i rumfart. Specifikt bruges de som næse keglehætter af interkontinentale missil -stridshoved, solide raketdyser og vinge -førende kanter af rumskyttere. På nuværende tidspunkt er densiteten af ​​avancerede carbon-carbondysematerialer 1,87 ~ 1,97 g/kubikcentimeter, og bøjlens trækstyrke er 75 ~ 115 MPa. De nyligt udviklede langtrækkende interkontinentale missil-sluthætter er næsten alle lavet af carbon-carbonkompositmaterialer. Med udviklingen af ​​moderne luftfartsteknologi øges belastningsmassen af ​​fly, og flyvehastigheden øges, hvilket stiller højere krav til nødbremsning af flyet. Carbon-carbonkompositmaterialer er lette, høje temperaturbestandige, absorberer store mængder energi og har gode friktionsegenskaber. Bremseklodser lavet af dem er vidt brugt i højhastigheds militære fly. 5. Ultrahøj styrke Stål Ultrahøj styrke Stål er et stål med en udbyttestyrke og trækstyrke, der overstiger henholdsvis 1200 MPa og 1400 MPa. Det undersøges og udvikles for at imødekomme kravene i høje specifikke styrkematerialer i flysstrukturer. På grund af udvidelsen af ​​påføring af titanlegeringer og sammensatte materialer i fly er mængden af ​​stål, der bruges i fly, faldet, men de vigtigste bærende komponenter på fly er stadig lavet af ultrahøj styrke stål. På nuværende tidspunkt er den internationalt repræsentative lavlegerede ultrahøj styrke stål 300 m et typisk stål til luftfartøjer. Derudover er lavlegeret ultrahøj styrke stål D6AC et typisk fast raketmotorhus. Udviklingstrenden for ultrahøj styrke stål er at kontinuerligt forbedre sejhed og stress korrosionsmodstand og samtidig sikre ultrahøj styrke. 6. Avancerede høje temperaturlegeringer Højtemperaturlegeringer er nøglematerialer til luftfartsselskabssystemer. Legeringer med høj temperatur er legeringer, der kan modstå visse spændinger ved høje temperaturer på 600 ~ 1200 grader og har oxidation og korrosionsbestandighed. De er de foretrukne materialer til Aerospace Engine Turbine Discs. I henhold til de forskellige matrixkomponenter er legeringer med høj temperatur opdelt i tre kategorier: jernbaseret, nikkelbaseret og koboltbaseret. Før 1960'erne blev der lavet motordurbinedisker af smedede høje temperaturlegeringer, hvor typiske kvaliteter var A286 og Inconel 718. I 1970'erne brugte GE i De Forenede Stater hurtigt størknet pulver RENE95-legering til at fremstille CFM56-motorsturbinedisker, der steg meget Dets tryk-til-vægt-forhold og øgede sin driftstemperatur markant. Siden da har pulvermetallurgi -turbineskiver udviklet sig hurtigt. For nylig har De Forenede Stater vedtaget en høj-temperaturlegeringsturbinedisk, der er fremstillet af en hurtig hurtig størkningsproces for sprøjteaflejring. Sammenlignet med høje temperaturlegeringer med høj temperatur er processen enkel, omkostningerne reduceres, og den har god smedningsbehandlingsydelse. Det er en forberedelsesteknologi med stort udviklingspotentiale. 7. Wolframlegering Tungsten har det højeste smeltepunkt blandt metaller. Dens enestående fordel er, at det høje smeltepunkt bringer god høj temperaturstyrke og korrosionsmodstand over for materialet, og det har vist fremragende egenskaber i den militære industri, især inden for våbenproduktion. I våbenindustrien bruges det hovedsageligt til at fremstille stridshoved af forskellige rustningspiercing-projektiler. Wolframlegeringer forfiner kornene af materialer og forlænger orienteringen af ​​korn gennem pulverforbehandlingsteknologi og stor deformationsstyrke -teknologi og forbedrer derved materialens sejhed og penetrationskraft. Tungsten kernematerialet i det 125ⅱ rustningspierende projektil til hovedkamptanke udviklet i mit land er w-Ni-Fe. Den vedtager en kompakt sintringsproces med variabel densitet, og den gennemsnitlige ydelse når en trækstyrke på 1200 MPa og en forlængelse på mere end 15%. Kampteknisk indeks er at trænge ind i 600 mm tyk homogen stålrustning i en afstand af 2000 meter. På nuværende tidspunkt er wolframlegeringer vidt brugt i hovedkamptanke med store aspektforhold Armor-gennemborende projektiler, små og mellemstore kaliber luftforsvarsrustningsporcing-projektiler og hypervelocity kinetiske energi rustningspiercing-projektiler. Dette får forskellige rustningspiercing-projektiler til at have mere kraftfuld penetrationskraft. 8. Intermetalliske forbindelser Intermetalliske forbindelser har langtrækkende bestilte superlattice-strukturer og opretholder stærk metalbinding, hvilket giver dem mange specielle fysiske og kemiske egenskaber og mekaniske egenskaber. Intermetalliske forbindelser har fremragende termisk styrke og er blevet et vigtigt nyt højtemperatur-strukturelt materiale, der er blevet undersøgt aktivt hjemme og i udlandet i de senere år. I den militære industri er intermetalliske forbindelser blevet brugt til at fremstille dele, der bærer varmebelastninger, såsom JT90 -gasturbinemotorbladene, der er fremstillet af det amerikanske firma Puao, rotorbladene fra små flysmotorer fremstillet af den amerikanske luftvåben ved hjælp af titanaluminium, osv., og Rusland bruger titanium aluminium intermetalliske forbindelser i stedet for varmebestandige legeringer som stempelplader, hvilket forbedrer motorens ydelse. Inden for våbenindustrien er materialet i Tank Engine Supercharger-turbinen K18 Nikkelbaseret højtemperaturlegering. På grund af sin høje specifikke tyngdekraft og store start -inerti påvirker det tankenes accelerationsydelse. Anvendelsen af ​​titaniumaluminium intermetalliske forbindelser og deres oxidationsprodukter har forbedret tankenes ydelse.