16 Nye militære materialer

Nye militære materialer er det materielle grundlag for en ny generation af våben og udstyr og er også nøgleteknologier på det militære område i nutidens verden. Militær ny materialeteknologi er en ny materialeteknologi, der bruges på det militære område. Det er nøglen til moderne sofistikerede våben og udstyr og en vigtig del af militær højteknologi. Lande rundt om i verden lægger stor vægt på udviklingen af ​​ny militær materielteknologi. Fremskyndelse af udviklingen af ​​ny militær materielteknologi er en vigtig forudsætning for at opretholde militær lederskab.

Ansøgningsstatus for nye militære materialer

Nye militære materialer kan opdeles i to kategorier: strukturelle materialer og funktionelle materialer efter deres anvendelse. De bruges hovedsageligt i luftfartsindustrien, rumfartsindustrien, våbenindustrien og skibsbygningsindustrien.

Aluminiumslegering

Aluminiumslegering har altid været det mest udbredte metalstrukturmateriale i militærindustrien. Aluminiumslegering har egenskaberne lav densitet, høj styrke og god forarbejdningsydelse. Som et konstruktionsmateriale kan det på grund af dets fremragende forarbejdningsydelse laves til profiler, rør, højforstærkede plader osv. med forskellige tværsnit for fuldt ud at udnytte materialets potentiale og forbedre komponenter. Stivhed og styrke. Derfor er aluminiumslegering det foretrukne letvægtsstrukturmateriale til letvægtsvåben.

I luftfartsindustrien bruges aluminiumslegeringer hovedsageligt til fremstilling af flyskind, skillevægge, lange bjælker og trimstænger. I rumfartsindustrien er aluminiumslegeringer vigtige materialer til strukturelle dele af løfteraketter og rumfartøjer. Inden for våben er aluminiumslegeringer blevet brugt med succes. Det er meget udbredt i infanterikampkøretøjer og pansrede transportkøretøjer. Det nyligt udviklede haubitsbeslag bruger også et stort antal nye aluminiumslegeringsmaterialer.

Brugen af ​​aluminiumslegeringer i luftfartsindustrien er faldet i de seneste år, men det er fortsat et af de vigtigste strukturelle materialer i militærindustrien. Udviklingstendensen for aluminiumslegeringer er jagten på høj renhed, høj styrke, høj sejhed og høj temperaturbestandighed. De aluminiumlegeringer, der anvendes i militærindustrien, omfatter hovedsageligt aluminium-lithium-legeringer, aluminium-kobber-legeringer (2000-serien) og aluminium-zink-magnesium-legeringer (7000-serien).

Nye aluminium-lithium-legeringer bruges i luftfartsindustrien, og det forudsiges, at flyets vægt vil falde med 8 til 15 %; aluminium-lithium legeringer vil også blive kandidater til strukturelle materialer til rumfartsfartøjer og tyndvæggede missilhuse. Med den hurtige udvikling af rumfartsindustrien er forskningsfokus for aluminium-lithium-legeringer stadig på at løse problemerne med dårlig sejhed i tykkelsesretningen og reducere omkostningerne.

Magnesium legering

Som det letteste tekniske metalmateriale har magnesiumlegering en række unikke egenskaber såsom let vægtfylde, høj specifik styrke og specifik stivhed, god dæmpning og termisk ledningsevne, stærk elektromagnetisk afskærmningsevne og gode vibrationsdæmpende egenskaber, som i høj grad opfylder behovene af Behovene for rumfart, moderne våben og udstyr og andre militære felter.

Magnesiumlegeringer har mange anvendelser i militært udstyr, såsom tanksæderammer, kommandørspejle, skytsspejle, gearkassekasser, motorfiltersæder, vandindløbs- og udløbsrør, luftfordelersæder, oliepumpehuse, vandpumpehuse, olievarmevekslere, oliefilterhuse, ventildæksler, åndedrætsværn og andre køretøjsdele; taktiske luftforsvarsmissilunderstøttelsesrum og skindskinne, vægpaneler, forstærkede rammer, rorplader, skillevægsrammer og anden ammunition Piledele; kampfly, bombefly, helikoptere, transportfly, luftbårne radarer, jord-til-luft missiler, løfteraketter, kunstige satellitter og andre rumfartøjskomponenter. Magnesiumlegeringer er lette i vægt, har god specifik styrke og stivhed, god vibrationsdæmpende ydeevne, stærk elektromagnetisk interferens og stærke afskærmningsevner, som kan opfylde kravene fra militære produkter til vægtreduktion, støjabsorption, stødabsorbering og strålingsbeskyttelse. Det indtager en meget vigtig position inden for rumfart og nationalt forsvarskonstruktion og er et vigtigt strukturelt materiale, der kræves til våben og udstyr såsom fly, satellitter, missiler og kampfly og kampvogne.

Titanium legering

Titaniumlegering har høj trækstyrke (441~1470MPa), lav densitet (4,5g/cm³), fremragende korrosionsbestandighed og vis højtemperatur holdbar styrke og god lavtemperaturmodstand ved 300~550 grader. Slagsejhed, det er et ideelt letvægts konstruktionsmateriale. Titaniumlegering har de funktionelle egenskaber af superplasticitet. Ved hjælp af superplastisk formnings-diffusionssammenføjningsteknologi kan legeringen laves om til produkter med komplekse former og præcise dimensioner med meget lavt energiforbrug og materialeforbrug.

Anvendelsen af ​​titanlegeringer i luftfartsindustrien er hovedsageligt til fremstilling af strukturelle dele til flykroppe, landingsstel, støttebjælker, motorkompressorskiver, vinger og led; i rumfartsindustrien bruges titanlegeringer hovedsageligt til fremstilling af bærende komponenter og rammer. , gasflasker, trykbeholdere, turbopumpehuse, solide raketmotorhuse og dyser og andre dele. I begyndelsen af ​​1950'erne begyndte rent industrielt titanium at blive brugt på nogle militærfly til fremstilling af strukturelle dele såsom varmeskjolde til bagkroppen, halekapper og hastighedsbremser; i 1960'erne blev anvendelsen af ​​titanlegeringer i flystrukturer udvidet til at omfatte glidende valsede klapper. , lastbærende skotter, landingsstelbjælker og andre større spændingsbærende strukturer; siden 1970'erne er brugen af ​​titanlegeringer i militærfly og -motorer steget hurtigt og udvidet fra kampfly til store militærbombefly og transportfly. Det bruges på F14 og F15 fly. Anvendelsen udgør 25 % af den strukturelle vægt, og forbruget på F100- og TF39-motorerne når op på henholdsvis 25 % og 33 %; efter 1980'erne er titanlegeringsmaterialer og procesteknologi nået videreudvikling, og et B1B-fly kræver 90.402 kg titanium. Blandt de eksisterende titanlegeringer til rumfart og rumfart er den mest udbredte den multifunktionelle a+b type Ti-6Al-4V-legering. I de senere år har Vesten og Rusland successivt udviklet to nye typer titanlegeringer. De er titanlegeringer med høj styrke, høj sejhed, svejsbarhed og god formbarhed, og titanlegeringer med høj temperatur, høj styrke og flammehæmmende egenskaber. Disse to avancerede titanlegeringer vil spille en vigtig rolle i fremtidens rumfartsindustri. har gode ansøgningsmuligheder.

Med udviklingen af ​​moderne krigsførelse har hæren brug for et multifunktionelt avanceret haubitssystem med høj effekt, lang rækkevidde, høj nøjagtighed og hurtige reaktionsevner. En af nøgleteknologierne i det avancerede haubitssystem er ny materialeteknologi. Letvægtningen af ​​materialer til selvkørende artilleritårne, komponenter og letmetalpansrede køretøjer er en uundgåelig tendens i udviklingen af ​​våben. Ud fra forudsætningen om at sikre dynamik og beskyttelse er titanlegeringer meget udbredt i hærens våben. Brugen af ​​titanlegering til 155 artillerimundingsbremsen kan ikke kun reducere vægten, men også reducere deformationen af ​​artillerietønden forårsaget af tyngdekraften, hvilket effektivt forbedrer skydningsnøjagtigheden; nogle komplekse former på hovedkampvogne og helikopter-anti-tank multi-purpose missiler Komponenterne kan være lavet af titanlegering, som ikke kun kan opfylde produktets ydeevnekrav, men også reducere forarbejdningsomkostningerne for delene.

I lang tid tidligere har anvendelsen af ​​titanlegeringer været stærkt begrænset på grund af høje fremstillingsomkostninger. I de seneste år har lande rundt om i verden aktivt udviklet billige titanlegeringer for at reducere omkostningerne og samtidig forbedre ydeevnen af ​​titanlegeringer. I mit land er fremstillingsomkostningerne for titanlegeringer stadig relativt høje. Da mængden af ​​titanlegeringer gradvist stiger, er det en uundgåelig tendens i udviklingen af ​​titanlegeringer at søge lavere produktionsomkostninger.

Kompositmaterialer

4.1 Harpiksbaserede kompositmaterialer

Harpiksbaserede kompositmaterialer har god formbearbejdelighed, høj specifik styrke, højt specifikt modul, lav densitet, træthedsbestandighed, stødabsorbering, kemisk korrosionsbestandighed, gode dielektriske egenskaber og lav varmeledningsevne. Høj effektivitet og andre egenskaber, det er meget udbredt i militærindustrien. Harpiksbaserede kompositmaterialer kan opdeles i to kategorier: termohærdende og termoplastiske. Termohærdende harpiksbaserede kompositmaterialer er en type kompositmaterialer, der bruger forskellige termohærdende harpikser som matrix og tilføjer forskellige forstærkende fibre; mens termoplastiske harpikser er en type lineære polymerforbindelser, der kan opløses i opløsningsmidler eller i Den blødgøres og smelter til en tyktflydende væske, når den opvarmes og hærder til et fast stof, når den afkøles. Harpiksbaserede kompositmaterialer har fremragende omfattende egenskaber, forberedelsesprocessen er nem at implementere, og råmaterialerne er rigelige. I luftfartsindustrien bruges harpiksbaserede kompositmaterialer til fremstilling af flyvinger, flykroppe, canards, vandrette haler og motoryderkanaler; i luft- og rumfartsområdet er harpiksbaserede kompositmaterialer ikke kun vigtige materialer til ror, radarer og luftindtag, men det kan også bruges til at fremstille den isolerende skal af det solide raketmotorforbrændingskammer og kan også bruges som ablationsvarmebestandigt materiale til motordysen. De nye cyanatharpikskompositmaterialer, der er udviklet i de senere år, har fordelene ved stærk fugtbestandighed, gode mikrobølgedielektriske egenskaber og god dimensionsstabilitet. De bruges i vid udstrækning til produktion af strukturelle dele til rumfart, primære og sekundære bærende strukturelle dele af fly og radarradomer.

4.2 Metalmatrix-kompositter

Metalmatrix kompositmaterialer har høj specifik styrke, højt specifikt modul, god høj temperatur ydeevne, lav termisk ekspansionskoefficient, god dimensionsstabilitet og fremragende elektrisk og termisk ledningsevne og er blevet meget brugt i militærindustrien. Aluminium, magnesium og titanium er hovedmatricerne i metalmatrixkompositter. Forstærkningsmaterialer kan generelt inddeles i tre kategorier: fibre, partikler og whiskers. Blandt dem er partikelforstærkede aluminiummatrixkompositter gået ind i modelbekræftelse, som f.eks. brugt i F-16 kampfly. Bugfinnen erstatter aluminiumslegering, og dens stivhed og levetid er væsentligt forbedret. Kulfiberforstærkede aluminium- og magnesiumbaserede kompositmaterialer har ikke kun høj specifik styrke, men har også en termisk udvidelseskoefficient tæt på nul og god dimensionsstabilitet. De er med succes blevet brugt til at lave kunstige satellitbeslag, L-bånds plane antenner, rumteleskoper og kunstige satellitter. Parabolantenner osv.; siliciumcarbid partikel forstærket aluminium matrix kompositmaterialer har god høj temperatur ydeevne og anti-slid egenskaber, og kan bruges til at lave raket og missil komponenter, infrarøde og laser styringssystem komponenter, præcision flyelektronik enheder osv.; siliciumcarbidfiberforstærket titaniummatrix Kompositmaterialer har god højtemperaturbestandighed og oxidationsmodstand og er ideelle strukturelle materialer til motorer med højt tryk-til-vægt-forhold. De er nu gået ind i testfasen af ​​avancerede motorer. Inden for våbenindustrien kan metalmatrix-kompositmaterialer bruges i halestabiliserede panserbrydende saboter med stor kaliber, anti-helikopter/panserværns-universalmissilhuse og andre komponenter for at reducere sprænghovedets vægt og forbedre kampkapaciteten.

4.3 Keramiske matrixkompositter

Keramiske matrixkompositmaterialer er en generel betegnelse for materialer, der bruger fibre, whiskers eller partikler som forstærkninger og kombineres med en keramisk matrix gennem en bestemt kompositproces. Det kan ses, at keramiske matrix-kompositmaterialer introducerer en anden fase i den keramiske matrix. Flerfasede materialer sammensat af komponenter overvinder den iboende skørhed af keramiske materialer og er blevet det mest aktive aspekt i den nuværende materialevidenskabelige forskning. Keramiske matrix kompositmaterialer har egenskaberne lav densitet, høj specifik styrke, gode termomekaniske egenskaber og termisk stødbestandighed. De er et af de vigtigste støttematerialer til den fremtidige udvikling af militærindustrien. Selvom keramiske materialer har gode højtemperaturegenskaber, er de også skøre. Fremgangsmåder til at forbedre skørheden af ​​keramiske materialer omfatter faseændringshærdning, mikrorevnehærdning, dispergeret metalhærdning og kontinuerlig fiberhærdning. Keramiske matrix-kompositmaterialer bruges hovedsageligt til fremstilling af flygasturbinemotordyseventiler, som spiller en vigtig rolle i at forbedre motorens tryk-til-vægt-forhold og reducere brændstofforbruget.

4.4 Kulstof-kulstof-kompositter

Kulstof-kulstof-kompositmaterialer er kompositmaterialer sammensat af kulfiberforstærkning og kulstofmatrix. Kulstof-carbon-kompositmaterialer har en række fordele, såsom høj specifik styrke, god termisk stødmodstand, stærk ablationsmodstand og designbar ydeevne. Udviklingen af ​​kulstof-kulstof kompositmaterialer er tæt forbundet med de krævende krav inden for rumfartsteknologi. Siden 1980'erne er forskning i kulstof-kulstof-kompositmaterialer gået ind i et stadium med forbedring af ydeevnen og udvidelse af applikationer. I den militære industri er de mest iøjnefaldende anvendelser af carbon-carbon-kompositmaterialer anti-oxidation carbon-carbon næsekeglehætter og vingeforkanter på rumfærger. Det største kulstof-kulstofprodukt er bremseklodserne på supersoniske fly. Kulstof-kulstof kompositmaterialer bruges hovedsageligt som ablative materialer og termiske strukturelle materialer i rumfart. Specifikt bruges de som næsekeglehætter til interkontinentale missilsprænghoveder, solide raketdyser og rumfærgens forkant. Strømtætheden af ​​avancerede carbon-carbon dysematerialer er 1,87 ~ 1,97 g/cm3, og bøjlens trækstyrke er 75 ~ 115 MPa. Endekapperne på nyligt udviklede langrækkende interkontinentale missiler bruger næsten alle kulstof-kulstof-kompositmaterialer.

Med udviklingen af ​​moderne luftfartsteknologi fortsætter lastmassen af ​​fly med at stige, og flyvelandingshastigheden fortsætter med at stige, hvilket stiller højere krav til nødbremsning af fly. Kulstof-kulstof kompositmaterialer er lette i vægt, modstandsdygtige over for høje temperaturer, absorberer store mængder energi og har gode friktionsegenskaber. De er meget udbredt i højhastigheds militærfly til fremstilling af bremseklodser.

ultra højstyrke stål

Ultra-højstyrke stål er stål med en flydespænding og trækstyrke, der overstiger henholdsvis 1200 MPa og 1400 MPa. Det er forsket og udviklet til at opfylde kravene til materialer med høj specifik styrke til flystrukturer. På grund af udvidelsen af ​​brugen af ​​titanlegeringer og kompositmaterialer i fly er mængden af ​​stål, der bruges i fly, faldet, men vigtige bærende komponenter på fly er stadig lavet af ultra-højstyrke stål. På nuværende tidspunkt er det internationalt repræsentative lavlegerede ultrahøjstyrkestål 300M et typisk stål til flylandingsstel. Derudover er lavlegeret ultrahøjstyrkestål D6AC et typisk massivt raketmotorhusmateriale. Udviklingstendensen for ultrahøjstyrkestål er løbende at forbedre sejhed og spændingskorrosionsbestandighed og samtidig sikre ultrahøj styrke.

Avancerede højtemperaturlegeringer

Højtemperaturlegeringer er nøglematerialer til luft- og rumfartssystemer. Højtemperaturlegeringer er legeringer, der kan modstå visse belastninger ved høje temperaturer på 600 ~ 1200 grader og har antioxidations- og anti-korrosionsegenskaber. De er de foretrukne materialer til turbineskiver til rumfartsmotorer. Ifølge de forskellige matrixkomponenter er højtemperaturlegeringer opdelt i tre kategorier: jernbaseret, nikkelbaseret og koboltbaseret. Motorturbineskiver blev lavet af smedede højtemperaturlegeringer indtil 1960'erne. Typiske kvaliteter omfatter A286 og Inconel 718. I 1970'erne brugte det amerikanske GE Company hurtigt størknende pulver Rene95-legering til at fremstille CFM56-motorens turbineskive, som i høj grad øgede dens trækkraft-til-vægt-forhold. , er driftstemperaturen væsentligt øget. Siden da har pulvermetallurgi-turbineskiver udviklet sig hurtigt. For nylig har USA indført en hurtig størkningsproces med sprøjteafsætning til fremstilling af højtemperaturlegerede turbineskiver. Sammenlignet med pulveriserede højtemperaturlegeringer er processen enkel, omkostningerne reduceres, og den har god smedningsforarbejdningsydelse. Det er en præparationsteknologi med stort udviklingspotentiale.

Wolfram legering

Wolfram har det højeste smeltepunkt blandt metaller. Dens enestående fordel er, at dets høje smeltepunkt giver materialet god højtemperaturstyrke og korrosionsbestandighed. Det har vist fremragende egenskaber i militærindustrien, især i våbenfremstilling. I våbenindustrien bruges det hovedsageligt til at fremstille sprænghoveder af forskellige panserbrydende projektiler. Wolframlegering bruger pulverforbehandlingsteknologi og stor deformationsforstærkende teknologi til at forfine materialets korn og forlænge kornorienteringen og derved forbedre materialets styrke, sejhed og gennemtrængningsevne. Wolframkernematerialet i Type 125 II pansergennemtrængende projektil udviklet af vores land er W-Ni-Fe, som anvender en kompakt sintringsproces med variabel tæthed. Dens gennemsnitlige ydeevne når en trækstyrke på 1.200 MPa, en forlængelse på mere end 15 % og et kampteknisk indeks på 2,{10}} meter. Afstand trænger igennem 600 mm tyk homogen stålpanser. På nuværende tidspunkt bruges wolframlegering i vid udstrækning som kernemateriale til pansergennemtrængende projektiler med stort aspektforhold i hovedkamptanken, pansergennemtrængende projektiler af små og mellemstore kaliber og pansergennemtrængende projektiler med ultrahøjhastigheds kinetisk energi, som gør, at forskellige panserbrydende projektiler har kraftigere indtrængningskraft.

intermetalliske forbindelser

Intermetalliske forbindelser har langtrækkende ordnede supergitterstrukturer og opretholder stærke metalliske bindinger, hvilket giver dem mange specielle fysiske, kemiske og mekaniske egenskaber. Intermetalliske forbindelser har fremragende termisk styrke og er blevet vigtige nye højtemperatur-strukturmaterialer, der aktivt studeres hjemme og i udlandet i de seneste år. I den militære industri er intermetalliske forbindelser blevet brugt til at fremstille dele, der modstår termiske belastninger. For eksempel fremstiller det USA-baserede Puau Company JT90 gasturbinemotorblade, US Air Force bruger titanium-aluminium til at fremstille rotorblade til små flymotorer osv., og Rusland bruger titanium Aluminium intermetalliske forbindelser erstatter varmebestandige legeringer som stempelkroner , hvilket i høj grad forbedrer motorens ydeevne. Inden for våbenindustrien er tankmotorens supercharger turbinemateriale K18 nikkelbaseret højtemperaturlegering, hvilket påvirker tankens accelerationsydelse på grund af dens store vægtfylde og startinerti. Titanium-aluminium intermetalliske forbindelser og deres komponenter er lavet af aluminiumoxid og siliciumcarbidfibre. Det forbedrede sammensatte letvægts- og varmebestandige nye materiale kan i høj grad forbedre tankens startydelse og forbedre dens overlevelsesevne på slagmarken. Derudover kan intermetalliske forbindelser også bruges i en række varmebestandige komponenter for at reducere vægten og forbedre pålideligheden og bekæmpe præstationsindikatorer.

strukturel keramik

Keramiske materialer er de hurtigst voksende højteknologiske materialer i verden i dag. De har udviklet sig fra enfaset keramik til flerfaset kompositkeramik. Strukturelle keramiske materialer har gode anvendelsesmuligheder i den militære industri på grund af deres mange fremragende egenskaber såsom høj temperaturbestandighed, lav densitet, slidstyrke og lav termisk udvidelseskoefficient.

I de senere år er der udført et omfattende forskningsarbejde om strukturel keramik til militærmotorer i ind- og udland. For eksempel er små turbiner til motorkompressorer blevet taget i brug i praksis; USA har indlejret keramiske plader på toppen af ​​stemplet, hvilket i høj grad har øget stemplets levetid og også forbedret motorens termiske effektivitet. Tyskland indlægger keramiske komponenter i udstødningsporten for at forbedre effektiviteten af ​​udstødningsporten. Stempelforingen og cylinderforingen i miniaturekøleskabet Stirling på fremmede infrarøde termiske kameraer er lavet af keramiske materialer med en levetid på op til 2,000 timer; missilgyroskopets kraft leveres af krudtgas, men krudtresten i gassen har en negativ indvirkning på gyroskopet. Alvorlig skade. For at eliminere rester i gassen og forbedre missilets hitnøjagtighed er det nødvendigt at studere keramiske filtermaterialer, der er egnede til missilkrudtgas, der arbejder ved 2000 grader. Inden for våbenindustrien er strukturel keramik i vid udstrækning brugt i supercharger-turbiner til hovedkamptankmotorer, stempeltoppe, udstødningsportindlæg osv., og er nøglematerialer til nye våben og udstyr. På nuværende tidspunkt når radiofrekvenskravet på 20-30 mm kaliber maskingeværer op på mere end 1.200 skud i minuttet, hvilket gør ablationen af ​​løbet ekstremt alvorlig. Keramiks høje smeltepunkt og kemiske stabilitet ved høje temperaturer bruges til effektivt at undertrykke alvorlig tøndeablation. Keramiske materialer har høj kompressionsmodstand og krybemodstand. Gennem fornuftigt design kan keramiske materialer opretholde en tredimensionel kompressionstilstand og overvinde deres skørhed. , for at sikre sikker brug af keramiske foringer.