Gjennomgang av applikasjonsstatus og utviklingstrender for 16 store militære nye materialer （1）

Materialteknologi har alltid vært et veldig viktig felt i de vitenskapelige og teknologiske utviklingsplanene til land rundt om i verden. Sammen med informasjonsteknologi, bioteknologi og energiteknologi er den anerkjent som en høyteknologi som dekker menneskehetens overordnede situasjon i dagens samfunn og i en betydelig periode i fremtiden. Materialer High Technology er også den viktigste teknologien til moderne industri som støtter dagens menneskelige sivilisasjon, og det er også det viktigste materielle grunnlaget for et lands nasjonale forsvar. Forsvarsindustrien er ofte den prioriterte brukeren av nye materialteknologiske prestasjoner, og forskning og utvikling av ny materialteknologi spiller en avgjørende rolle i utviklingen av forsvarsindustrien og våpen og utstyr.

Den strategiske betydningen av nye militære materialer Nye militære materialer er det materielle grunnlaget for en ny generasjon våpen og utstyr, og er også viktige teknologier på det militære feltet i dagens verden. Military New Materials Technology er en ny materialteknologi som brukes på militærfeltet, som er nøkkelen til moderne sofistikerte våpen og utstyr og en viktig del av militær høyteknologi. Land rundt om i verden har lagt stor vekt på utviklingen av ny militærmateriell -teknologi. Å akselerere utviklingen av ny militær materialteknologi er en viktig forutsetning for å opprettholde militær ledelse.

Bruksstatus for nye militære materialer Nye militære materialer kan deles inn i to kategorier: strukturelle materialer og funksjonelle materialer i henhold til deres bruksområder. De brukes hovedsakelig i luftfartsindustrien, luftfartsindustrien, våpenindustrien og skipsbyggingsindustrien.
Militære strukturelle materialer 1. Aluminiumlegering Aluminiumslegering har alltid vært det mest brukte metallstrukturmaterialet i militærindustrien. Aluminiumslegering har egenskapene til lav tetthet, høy styrke og god prosessering. Som et strukturelt materiale kan det gjøres til profiler, rør, høye ribbede plater med forskjellige tverrsnitt på grunn av den utmerkede prosesseringsytelsen, for å gi full spill til potensialet i materialet og forbedre stivheten og styrken til komponentene . Derfor er aluminiumslegering det foretrukne lette strukturelle materialet for lette for våpen. I luftfartsindustrien brukes aluminiumslegering hovedsakelig til å produsere flyreskinn, skott, lange bjelker og honing barer; I luftfartsindustrien er aluminiumslegering et viktig materiale for oppskytningsbiler og romfartøyer. I løpet av våpen har aluminiumslegering blitt brukt i infanteriekjemper og pansrede transportkjøretøyer. De nylig utviklede Howitzer -pistolmontene bruker også et stort antall nye aluminiumslegeringsmaterialer. De siste årene har bruken av aluminiumslegering i luftfartsindustrien gått ned, men det er fremdeles et av de viktigste strukturelle materialene i militærindustrien. Utviklingstrenden med aluminiumslegeringer er å forfølge høy renhet, høy styrke, høy seighet og høy temperaturmotstand. Aluminiumslegeringene som brukes i militærindustrien inkluderer hovedsakelig aluminium-litiumlegeringer, aluminium-kobberlegeringer (2000-serie) og aluminium-sink-magnesiumlegeringer (7000 serier). De nye aluminium-litiumlegeringene brukes i luftfartsindustrien, og det er spådd at vekten av fly vil falle med 8 ~ 15%; Aluminium-litiumlegeringer vil også bli kandidatstrukturmaterialer for romfartøy og tynnveggede rakettskall. Med den raske utviklingen av luftfartsindustrien, er forskningsfokuset for aluminium-litiumlegeringer fortsatt å løse problemet med dårlig seighet i tykkelsesretningen og redusere kostnadene. 2. Magnesiumlegeringer Som det letteste ingeniørmetallmaterialet, magnesiumlegeringer har en serie unike egenskaper som lysspesifikk tyngdekraft, høy spesifikk styrke og spesifikk stivhet, god demping og termisk ledningsevne, sterk elektromagnetisk skjermingsevne og god vibrasjonsreduksjon, noe Oppfyller behovene til militære felt som romfart, moderne våpen og utstyr. Magnesiumlegeringer er mye brukt i militært utstyr, for eksempel tankteseterammer, Commander's Mirrors, Gunner's Mirrors, girkassehus, motorfilterseter, vanninntak og utløpsrør, luftdistributøreseter, oljepumpehus, vannpumpehus, oljevarmeutvekslere, oljefilterhus, ventildeksler, åndedrettsvern og andre kjøretøydeler; Taktiske luftforsvars missilstøtte rom og aileron skinn, veggpaneler, forsterkningsrammer, rorplater, skott og andre missildeler; Fighter Jets, Bombers, Helicopters, Transport Aircraft, Airborne Radars, Surface-To Air Missiles, Launch Vehicles, Satellites og andre romfartøykomponenter. Magnesiumlegeringer er lette i vekt, god i spesifikk styrke og stivhet, god i vibrasjonsreduksjon, elektromagnetisk interferens og sterk i skjermingsevner, som kan oppfylle kravene til militære produkter for vektreduksjon, støyabsorpsjon, støtdemping og strålingsbeskyttelse. Det inntar en veldig viktig posisjon innen luftfart og nasjonal forsvarskonstruksjon, og er et sentralt strukturelt materiale som kreves for fly, satellitter, missiler, jagerfly, stridsvogner og annet våpen og utstyr. 3. Titanlegeringstitanlegering har høy strekkfasthet (441 ~ 1470MPa), lav tetthet (4,5 g/cm³), utmerket korrosjonsmotstand, visse høye temperaturutviklingsstyrke ved 300 ~ 550 grader og god temperaturvirkning, og er en ideell Lett strukturelt materiale. Titanlegering har de funksjonelle egenskapene til superplastisitet. Ved å bruke superplastisk bindingsteknologi for forming-diffusjon, kan legeringen gjøres til produkter med komplekse former og presise dimensjoner med lite energi og materialforbruk. Påføringen av titanlegering i luftfartsindustrien er hovedsakelig for å lage flykroppsstrukturer, landingsutstyr, støttebjelker, motorkompressorskiver, kniver og ledd; I luftfartsindustrien brukes titanlegering hovedsakelig til å lage bærende komponenter, rammer, gasssylindere, trykkbeholdere, turbinpumpehus, solide rakettmotorforingsrør og dyser og andre deler. På begynnelsen av 1950 -tallet ble industrielt rent titan brukt til å produsere varmeskjold, haledeksler, hastighetsbremser og andre strukturelle deler av den bakre flykroppen på noen militære fly; På 1960-tallet utvidet anvendelsen av titanlegeringer i flystrukturer til klaffglid, bærende skott, landingsutstyrsstråler og andre store bærende strukturer; Siden 1970 -tallet har bruken av titanlegeringer i militære fly og motorer økt raskt, fra jagerfly til store militære bombefly og transportfly. Bruken i F14 og F15 -fly utgjør 25% av strukturvekten, og bruken i F100 og TF39 når henholdsvis 25% og 33%; Etter 1980 -tallet har titanlegeringsmaterialer og prosessteknologier oppnådd videre utvikling, og et B1B -fly krever 90402 kg titan. Blant de eksisterende titanlegeringene for luftfart, er den mest brukte den flerbruks a+b type ti -6 al -4 V-legering. De siste årene har Vesten og Russland suksessivt utviklet to nye typer titanlegeringer, nemlig høy styrke, høy tøffhet, sveisbare og formbare titanlegeringer og høye temperaturer, høye styrke, flammende titanlegeringer. Disse to avanserte titanlegeringene har gode applikasjonsutsikter i fremtidens luftfartsindustri.

Med utviklingen av moderne krigføring trenger hæren et multifunksjonelt avansert howitzer -system med stor kraft, lang rekkevidde, høy nøyaktighet og rask responsfunksjon. En av de viktigste teknologiene for Advanced Howitzer -systemer er ny materialteknologi. Lettvekt av selvgående artilleritårn, komponenter og lette metallpansrede kjøretøyer er en uunngåelig trend i utviklingen av våpen. Under forutsetning av å sikre dynamikk og beskyttelse, brukes titanlegeringer mye i hærvåpen. Bruken av titanlegering i 155 artilleri -rekylbremsen kan ikke bare redusere vekten, men også redusere deformasjonen av pistolfatet forårsaket av tyngdekraften, noe som effektivt forbedrer skytingsnøyaktigheten; Noen komplekse formede komponenter på hovedkamptanker og helikopter-anti-tank flerbruks missiler kan være laget av titanlegering, som ikke bare kan oppfylle ytelseskravene til produktet, men også redusere behandlingskostnadene til komponenter. I lang tid tidligere var anvendelsen av titanlegeringer sterkt begrenset på grunn av den høye produksjonskostnaden. De siste årene utvikler land rundt om i verden aktivt titanlegeringer med lav pris, mens de reduserer kostnadene, må de også forbedre ytelsen til titanlegeringer. I mitt land er produksjonskostnadene for titanlegeringer fremdeles relativt høye. Med den gradvise økningen i bruken av titanlegeringer, er det en uunngåelig trend i utviklingen av titanlegeringer som søker lavere produksjonskostnader. 4. Sammensatte materialer 4.1 Residsbaserte komposittmaterialer harpiksbaserte komposittmaterialer har god formingsprosessbarhet, høy spesifikk styrke, høy spesifikk modul, lav tetthet, utmattelsesmotstand, støtdemping, kjemisk korrosjonsmotstand, gode dielektriske egenskaper, lav termisk ledningsevne og andre egenskaper, og er mye brukt i militærindustrien. Harpiksbaserte komposittmaterialer kan deles inn i to kategorier: termosetting og termoplastisk. Termosetting harpiksbaserte komposittmaterialer er en type komposittmateriale som er basert på forskjellige termohærende harpikser og tilsatt forskjellige forsterkende fibre; Mens termoplastiske harpikser er en type lineær polymerforbindelse som kan oppløses i løsningsmidler, myknet og smeltes i en tyktflytende væske når den varmes opp, og herdet i et fast stoff etter avkjøling. Harpiksbaserte komposittmaterialer har utmerkede omfattende egenskaper, enkel forberedelsesteknologi og rikelig råvarer. I luftfartsindustrien brukes harpiksbaserte komposittmaterialer til å produsere flyvinger, flykropper, canards, horisontale haler og motorkanaler; I luftfartsfeltet er harpiksbaserte komposittmaterialer ikke bare viktige materialer for ror, radarer og luftinntak, men kan også brukes til å produsere det termiske isolasjonsskallet i forbrenningskammeret til solide rakettmotorer, og kan også brukes som som Ablative varmebestandige materialer for motordyser. De nye cyanatharpikskomposittmaterialene som er utviklet de siste årene har fordelene med sterk fuktighetsresistens, god mikrobølge -dielektriske egenskaper og god dimensjonell stabilitet. De er mye brukt i fremstilling av luftfartsstrukturdeler, primære og sekundære bærende konstruksjonsdeler av fly og radarantennedeksler. 4.2 Metallbaserte komposittmaterialer Metallbaserte komposittmaterialer har høy spesifikk styrke, høy spesifikk modul, god høy temperaturytelse, lav termisk ekspansjonskoeffisient, god dimensjonell stabilitet og utmerket elektrisk og termisk ledningsevne. De har blitt mye brukt i militærindustrien. Aluminium, magnesium og titan er de viktigste matriser av metallbaserte komposittmaterialer, og forsterkende materialer kan generelt deles inn i tre kategorier: fibre, partikler og visp. Blant dem har partikkelforsterkede aluminiumsbaserte komposittmaterialer lagt inn modellverifisering, for eksempel å bli brukt i F -16 -kjempere som ventrale finner i stedet for aluminiumslegeringer, og deres stivhet og liv er kraftig forbedret. Karbonfiberarmert aluminium og magnesiumbaserte komposittmaterialer har høy spesifikk styrke, nær null termisk ekspansjonskoeffisient og god dimensjonell stabilitet, og brukes vellykket til å lage kunstige satellittfester, L-band planeantenner, romteleskoper, kunstige satellittparabolske antenner,, romteleskoper, kunstige satellittparabolske antenner, romteleskoper, kunstige satellitt osv.; Silisiumkarbidpartikkelforsterkede aluminiumbaserte komposittmaterialer har god ytelse og slitestyrke med høy temperatur, og kan brukes til å lage raketter, missilkomponenter, infrarød og laserveiledningssystemkomponenter, presisjonsavionics-enheter osv.; Silisiumkarbidfiberforsterket titanbaserte komposittmaterialer har god høye temperaturmotstand og oksidasjonsmotstand, og er ideelle strukturelle materialer for motorer med høy skyve-til-vekt. De har gått inn i teststadiet av avanserte motorer. I løpet av våpenindustrien kan metallbaserte komposittmaterialer brukes til storkaliber halestabilisert kasserende sabot rustningspiercing-prosjektiler, anti-helikopter/antitank flerbruks missil faste motorskall og andre deler for å redusere vekten av vekten av Stridshodet og forbedre kampfunksjonene. 4.3 Keramiske baserte kompositter Keramiske baserte kompositter er en generell betegnelse for materialer som er forsterket med fibre, visping eller partikler og kombinert med keramiske matriser gjennom en viss komposittprosess. Det kan sees at keramiske baserte kompositter er flerfasematerialer sammensatt av en andre fasekomponent introdusert i en keramisk matrise. Det overvinner den iboende sprøheten av keramiske materialer og har blitt et av de mest aktive aspektene ved nåværende materialvitenskapelig forskning. Keramiske baserte kompositter har egenskapene til lav tetthet, høy spesifikk styrke, gode termomekaniske egenskaper og termisk sjokkmotstand, og er et av de viktigste støttematerialene for fremtidig utvikling av militærindustrien. Selv om keramiske materialer har god ytelse med høy temperatur, er de veldig sprø. Metoder for å forbedre sprøhet av keramiske materialer inkluderer faseendring av faseendring, mikrokrakkforbindelse, spredt metallforbindelse og kontinuerlig fiberforbindelse. Keramiske-baserte kompositter brukes hovedsakelig til å lage dyseventiler for flyturbinmotorer, som spiller en viktig rolle i å forbedre rist-til-vekt-forholdet mellom motorer og redusere drivstofforbruket. 4.4 Karbon-karbonkompositter Karbon-karbonkompositter er kompositter sammensatt av karbonfiberforsterkninger og karbonmatriser. Karbon-karbonkompositter har en rekke fordeler som høy spesifikk styrke, god termisk sjokkmotstand, sterk ablasjonsmotstand og designbar ytelse. Utviklingen av karbon-karbonkomposittmaterialer er nært knyttet til de strenge kravene til luftfartsteknologi. Siden 1980-tallet har forskningen på karbon-karbonkomposittmaterialer gått inn i stadiet med å forbedre ytelsen og utvide applikasjoner. I militærindustrien er den mest iøynefallende anvendelsen av karbon-karbonkomposittmaterialer antioksidasjonen karbon-karbon nese kjeglehette og vingeledende kant av romfergen, og det største karbon-karbonproduktet er bremseputen til supersonisk fly. Karbon-karbon komposittmaterialer brukes hovedsakelig som ablative materialer og termiske strukturelle materialer i romfart. Spesielt brukes de som nesekonekapsler for interkontinentale rakettstridshoder, faste rakettdyser og vinge som fører kanter av romferge. For tiden er tettheten av avanserte karbon-karbon-dysematerialer 1,87 ~ 1,97 g/kubikkcentimeter, og strekkstyrken er 75 ~ 115 MPa. De nylig utviklede langdistanse interkontinentale missilendekapsene er nesten alle laget av karbon-karbon komposittmaterialer. Med utviklingen av moderne luftfartsteknologi øker lastmassen til fly, og flylandingshastigheten øker, noe som gir høyere krav til nødbremsing av fly. Karbon-karbon komposittmaterialer er lette, høye temperaturresistente, absorberer store mengder energi og har gode friksjonsegenskaper. Bremseklosser laget av dem er mye brukt i høyhastighets militære fly. 5. Ultrahøyt styrke stål Ultrahøyt styrke stål er et stål med en flytestyrke og strekkfasthet som overstiger henholdsvis 1200 MPa og 1400 MPa. Det er undersøkt og utviklet for å oppfylle kravene til høye spesifikke styrkerimaterialer i flystrukturer. På grunn av utvidelsen av påføringen av titanlegeringer og sammensatte materialer i fly, har mengden stål som brukes i fly sunket, men de viktigste bærende komponentene på fly er fremdeles laget av ultrahøyt styrke stål. For tiden er den internasjonalt representative lavlegerings ultrahøyt styrke stål 300 meter et typisk stål for landingsutstyr for fly. I tillegg er D6AC med lavt legering av ultrahøyt styrke et typisk solid rakettmotorforingsstoff. Utviklingstrenden med ultrahøyt styrke stål er å kontinuerlig forbedre seighet og stresskorrosjonsmotstand samtidig som den sikrer ultrahøy styrke. 6. Avanserte legeringer av høye temperaturer høye temperaturer er nøkkelmaterialer for luftfarts kraftsystemer. Legeringer med høy temperatur er legeringer som tåler visse belastninger ved høye temperaturer på 600 ~ 1200 grader og har oksidasjon og korrosjonsmotstand. De er de foretrukne materialene for luftfartsmotor -turbinplater. I henhold til de forskjellige matrikskomponentene er høye temperaturlegeringer delt inn i tre kategorier: jernbasert, nikkelbasert og koboltbasert. Før 1960-tallet ble motorturbinskiver laget av smidde høye temperaturlegeringer, med typiske karakterer som A286 og Inconel 718. På 1970-tallet brukte GE i USA raskt størknet pulver Rene95-legering for å lage CFM56-motor-turbinplater, noe Dets skyve-til-vekt-forhold og økte driftstemperaturen betydelig. Siden den gang har Powder Metallurgy Turbine Discs utviklet seg raskt. Nylig har USA tatt i bruk en høye temperatur-legeringsturbinskive produsert av en hurtigponeringsprosess for sprayavsetning. Sammenlignet med pulverhøytemperaturlegeringer, er prosessen enkel, kostnadene reduseres, og den har god smiing av prosesseringsytelsen. Det er en forberedelsesteknologi med stort utviklingspotensial. 7. Tungstenlegering Tungsten har det høyeste smeltepunktet blant metaller. Den enestående fordelen er at det høye smeltepunktet gir god høye temperaturstyrke og korrosjonsmotstand mot materialet, og det har vist utmerkede egenskaper i militærindustrien, spesielt i våpenproduksjon. I våpenindustrien brukes det hovedsakelig til å lage stridshoder av forskjellige rustningspiercing-prosjektiler. Wolframlegeringer avgrenser materialkornene og forlenger orienteringen av korn gjennom pulverforbehandlingsteknologi og stor deformasjonsstyrkingsteknologi, og forbedrer dermed tøffheten og penetrasjonskraften til materialer. Tungsten-kjernematerialet til det 125ⅱ rustningspiercing prosjektilet for hovedkamptanker utviklet i mitt land er W-Ni-Fe. Den vedtar en kompaktet av variabel tetthetskompakte sintring, og den gjennomsnittlige ytelsen når en strekkfasthet på 1200 MPa og en forlengelse på mer enn 15%. Den kamps tekniske indeksen er å trenge gjennom 600 mm tykk homogen stålrustning i en avstand på 2000 meter. For tiden er wolframlegeringer mye brukt i hovedkamptanker med store rustningsprosjektiler for rustning, små og middels kaliber luftforsvarsrustningspiercing-prosjektiler, og hypervelocity kinetiske energi-rustningspiercing-prosjektiler. Dette gjør at forskjellige rustningspiercing-prosjektiler har kraftigere penetrasjonskraft. 8. Intermetalliske forbindelser Intermetalliske forbindelser har bestilt superlattkonstruksjoner og opprettholder sterk metallbinding, noe som gir dem mange spesielle fysiske og kjemiske egenskaper og mekaniske egenskaper. Intermetalliske forbindelser har utmerket termisk styrke og har blitt et viktig nytt strukturelt materiale med høy temperatur som har blitt studert aktivt hjemme og i utlandet de siste årene. I den militære industrien har intermetalliske forbindelser blitt brukt til å produsere deler som har varmebelastninger, for eksempel JT90 gassturbinmotorbladene produsert av det amerikanske selskapet Puao, rotorbladene til små flymotorer produsert av det amerikanske flyvåpenet ved bruk av titanaluminium, etc., og Russland bruker titan aluminiums intermetalliske forbindelser i stedet for varmebestandige legeringer som stempeltopper, noe som forbedrer motorens ytelse kraftig. I løpet av våpenindustrien er materialet i Tank Engine Supercharger-turbinen K18 nikkelbasert høye temperaturlegering. På grunn av den høye spesifikke tyngdekraften og den store starttregheten, påvirker det akselerasjonsytelsen til tanken. Påføringen av titanaluminiums intermetalliske forbindelser og deres oksidasjonsprodukter har forbedret ytelsen til tanken betydelig.