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军事工业用新材料大盘点

时间:2019-03-03 10:00:11 来源:凤凰平台 作者:匿名



前言

新材料,也称为先进材料,是指已经成功研究并正在开发的新材料,具有突出的特性和功能,以满足高科技要求。人类历史的发展表明,物质是社会发展的物质基础和前兆,而新材料是社会进步的里程碑。

材料技术一直是世界各国科学技术发展的重要领域。与信息技术,生物技术和能源技术一起,长期以来,它被认为是当今社会和未来的高科技。高科技材料也是支持当今人类文明的现代工业的关键技术,也是国防力量最重要的物质基础。国防工业往往是新材料技术成果的优先使用者,新材料技术的研究和开发在国防工业和武器装备的发展中起着决定性的作用。

军事新材料的战略意义

军用新材料是新一代武器装备的物质基础,也是世界军事领域的关键技术。军用新材料技术是军事领域的一种新材料技术。它是现代尖端武器装备的关键,也是军事高科技的重要组成部分。世界各国都非常重视军事新材料技术的发展。加快军用新材料技术的发展是保持军事领导的重要前提。

3军用新材料的现状与发展根据其用途,军用新材料可分为两类:结构材料和功能材料,主要用于航空工业,航空航天工业,武器工业和造船工业。

军用结构材料

1铝合金

铝合金是军事工业中使用最广泛的金属结构材料。铝合金具有密度低,强度高,加工性能好的特点。作为结构材料,由于其优异的加工性能,它可以制成各种横截面的型材,管材和高强度板,从而充分发挥材料的潜力和改善部件。只是,力量。因此,铝合金是轻质武器首选的轻质结构材料。

铝合金主要用于航空工业,用于制造飞机蒙皮,舱壁,长梁和pur条。在航空航天工业中,铝合金是运载火箭和航天器结构部件的重要材料。在武器领域,铝合金已经取得了成功。用于步兵战车和装甲运输车辆,最近开发的榴弹炮支架也使用了大量新的铝合金材料。近年来,铝合金在航空航天工业中的使用已经减少,但它仍然是军事工业中的主要结构材料之一。铝合金的发展趋势是追求高纯度,高强度,高韧性和耐高温性。用于军事工业的铝合金主要包括铝 - 锂合金,铝 - 铜合金(2000系列)和铝 - 锌 - 镁合金(7000系列)。

新的铝锂合金用于航空航天工业,飞机重量预计将下降8-15%。铝 - 锂合金也将成为航天器和薄壁导弹壳的候选结构材料。随着航空航天工业的快速发展,铝锂合金的研究重点仍然是解决厚度方向韧性差和成本降低的问题。

2镁合金

镁合金作为最轻的工程金属材料,具有一系列独特的性能,如比重轻,比强度高,比刚度高,阻尼和导热性好,电磁屏蔽能力强,减振性能好。对航空航天和现代武器装备等军事领域的需求。

镁合金在军用设备中有很多应用,如油箱座骨架,车长镜,枪长镜,变速箱壳,发动机过滤座,进出水管,空气分配座,油泵壳,水泵壳等。车辆部件,如油热交换器,机油滤清器壳体,阀室盖,呼吸器等;战术防空导弹支援舱室段和副翼外壳,壁板,加固框架,舵板,舱壁等。箭头部件;战斗机,轰炸机,直升机,运输机,机载雷达,地对空导弹,运载火箭,卫星和其他航天器部件。镁合金具有重量轻,比强度和刚性好,减振性能好,电磁干扰小,屏蔽能力强等特点,可满足军工减重,吸音,减震,防辐射等要求。它在航空航天和国防建设中发挥着重要作用,是飞机,卫星,导弹以及战斗机和车辆等武器所需的关键结构材料。

3钛合金

钛合金具有高抗拉强度(441~1470MPa),低密度(4.5g/cm3),优异的耐腐蚀性和一定的高温耐久性,在300~550℃的低温下具有良好的耐久性。冲击韧性是理想的轻质结构材料。钛合金具有超塑性的特点。采用超塑成形 - 扩散连接技术,可将合金制成形状复杂,尺寸精确,能耗和材料消耗少的产品。钛合金在航空航天工业中的应用主要是制造飞机机身结构件,起落架,支撑梁,发动机压缩机盘,叶片和接头;在航空航天工业中,钛合金主要用于制造轴承构件和框架。 ,气瓶,压力容器,涡轮泵壳体,固体火箭发动机壳体和喷嘴等部件。在20世纪50年代早期,一些军用飞机使用了工业机身的隔热板,尾门和减速器等结构件。在20世纪60年代,钛合金在飞机结构中的应用扩展到翻板轧制。主要受压结构,如支承架和起落架梁;自20世纪70年代以来,在F14和F15飞机上,钛合金在军用飞机和发动机中的使用迅速增加,从战斗机到军用大型轰炸机和运输机。结构的量为结构重量的25%,F100和TF39发动机的量分别为25%和33%。 20世纪80年代以后,钛合金材料和工艺技术得到了进一步发展。 B1B飞机需要90,402千克的钛。在现有的航空钛合金中,最广泛使用的是b型Ti-6Al-4V合金。近年来,西方和俄罗斯先后开发了两种新型钛合金,即高强度,高韧性,可焊接和成型钛合金以及高温高强度阻燃钛合金。这两种先进的钛合金将用于未来的航空航天工业。具有良好的应用前景。

随着现代战争的发展,陆军需要一种功能强大,射程远,精度高,响应能力强的多功能先进炮系统。先进加农炮系统的关键技术之一是新材料技术。轻型自行火炮炮塔,部件和轻型金属装甲车是武器发展的必然趋势。在确保动力学和保护的前提下,钛合金在陆军武器上具有广泛的应用。 155枪牵引器不仅可以减轻钛合金使用后的重量,还可以减少枪管重力引起的变形,有效提高射击精度;主战坦克和直升机反坦克多用途导弹的某些形状复杂。元件可由钛合金制成,可满足产品的性能要求,降低零件的加工成本。在过去的很长一段时间里,钛合金由于其高制造成本而在其应用中受到极大限制。近年来,世界各国都在积极开发低成本钛合金,以降低成本并提高钛合金的性能。在中国,钛合金的制造成本仍然相对较高。随着钛合金用量的增加,寻求降低制造成本是钛合金发展的必然趋势。

4种复合材料

先进复合材料是比通用复合材料具有更高综合性能的新材料,包括树脂基复合材料,金属基复合材料,陶瓷基复合材料和碳基复合材料,它们在开发中具有重要作用。军工。角色。先进的复合材料具有比强度高,比模量高,抗烧蚀,抗腐蚀,抗核,抗粒子云,波传播,吸波,隐身,高速冲击等优点,是国家发展国防工业。最重要的工程材料类型。

4.1树脂基复合材料

树脂基复合材料具有良好的可成形性,高比强度,高比模量,低密度,抗疲劳性,减震性,耐化学性,良好的介电性和低导热性。速率等的特征广泛用于军事工业。树脂基复合材料可分为热固性和热塑性两种。热固性树脂基复合材料是一种复合材料,由各种热固性树脂组成,并加入各种增强纤维;热塑性树脂是一种线性高分子化合物,可溶于溶剂或溶剂中。加热后软化并熔化成粘性液体,冷却后硬化成固体。该树脂基复合材料综合性能优良,制备工艺简单,原料丰富。在航空航天工业中,树脂基复合材料用于制造飞机机翼,机身,鸭翼,扁平尾翼和发动机外管道;在航空航天领域,树脂基复合材料不仅是方向舵,雷达和进气口的重要材料。而且,可以制造固体火箭发动机燃烧室的绝缘壳体,并且还可以用作发动机喷嘴的消融防热材料。近年来开发的新型氰酸酯树脂复合材料具有耐湿性强,微波介电性能好,尺寸稳定性好的优点。它广泛用于航空航天结构件,飞机主要和次要轴承结构件和雷达罩的制造。4.2金属基复合材料

金属基复合材料具有高比强度,高比模量,良好的高温性能,低热膨胀系数,良好的尺寸稳定性,以及优良的导电性和导热性,已广泛应用于军工领域。铝,镁和钛是金属基复合材料的主要基材,而增强材料通常分为纤维,颗粒和晶须。其中,颗粒增强铝基复合材料已进入模型验证,如F-16战斗机。骨盆鳍取代铝合金,其刚性和寿命大大提高。碳纤维增强铝和镁基复合材料具有高比强度,热膨胀系数接近零,尺寸稳定性好。它们已成功用于制造人造卫星支架,L波段平面天线,太空望远镜和人造卫星。抛物面天线等;碳化硅颗粒增强铝基复合材料具有良好的高温性能和抗磨损特性,可用于制造火箭,导弹部件,红外和激光制导系统部件,精密航电等;碳化硅纤维增强钛基复合材料具有良好的耐高温和抗氧化性。它是高推力重量比发动机的理想结构材料,已进入先进发动机的试验阶段。在武器工业领域,金属基复合材料可用于大直径尾部稳定器,穿甲弹,反直升机/反坦克多用途导弹固体发动机壳体等部件,以减少弹头的重量和提高作战能力。

4.3陶瓷基复合材料

陶瓷基质复合材料是由纤维,晶须或颗粒组成的材料的总称,作为增强剂和通过某种复合方法结合的陶瓷复合体。可以看出,陶瓷基质复合材料将第二相引入陶瓷基质中。由组分组成的多相材料克服了陶瓷材料固有的脆性,已成为当前材料科学研究中最活跃的方面之一。陶瓷基复合材料具有密度低,比强度高,热机械性能好,抗热震性好等特点,是军工业未来发展的重要支撑材料之一。陶瓷材料具有良好的高温性能,但它们是脆性的。改善陶瓷材料脆性的方法包括相变增韧,微裂纹增韧,分散金属增韧和连续纤维增韧。陶瓷基复合材料主要用于制造飞机燃气涡轮发动机喷嘴阀,其在提高发动机的推重比和降低燃料消耗方面起重要作用。4.4碳 - 碳复合材料

碳 - 碳复合材料是由碳纤维增强剂和碳基质组成的复合材料。碳 - 碳复合材料具有比强度高,抗热震性好,抗烧蚀性强,性能设计等优点。碳 - 碳复合材料的发展与航空航天技术的苛刻要求密切相关。自20世纪80年代以来,碳 - 碳复合材料的研究已进入提高性能和扩大应用的阶段。在军事工业中,碳 - 碳复合材料最引人注目的应用是航天飞机的抗氧化碳 - 碳鼻帽和机翼前缘。最大的碳 - 碳产品是超音速飞机的刹车片。碳 - 碳复合材料主要用于航空航天中作为烧蚀材料和热结构材料。具体而言,它们被用作洲际导弹弹头,固体火箭喷嘴和航天飞机机翼前缘的鼻锥。目前,先进的碳 - 碳喷嘴材料的密度为1.87~1.97g/cm3,周向拉伸强度为75-115MPa。最近开发的远程洲际导弹端盖几乎都采用了碳 - 碳复合材料。

随着现代航空技术的发展,飞机的装载质量不断提高,飞行着陆速度不断提高,对飞机的紧急制动提出了更高的要求。碳 - 碳复合材料重量轻,耐高温,能量吸收高,摩擦性能好。刹车片广泛用于高速军用飞机。

5超高强度钢

超高强度钢是屈服强度和抗拉强度分别超过1200MPa和1400MPa的钢,其研究和开发是为了满足飞机的高比强度。超高强度钢被大量用于制造火箭发射器,压力容器和一些常规武器。由于钛合金和复合材料在飞机上的使用不断扩大,飞机上钢材的使用量有所减少,但飞机上的关键轴承部件仍由超高强度钢制成。目前,具有国际代表性的低合金超高强度钢300M是起落架的典型钢材。此外,低合金超高强度钢D6AC是典型的固体火箭发动机外壳材料。超高强度钢的发展趋势是在确保超高强度的同时不断提高韧性和抗应力腐蚀性。6先进的高温合金

高温合金是航空动力系统中的关键材料。高温合金是一种能够承受600~1200℃的某些应力并具有抗氧化和抗腐蚀性的合金。它是航空发动机涡轮盘的首选材料。根据基质的不同组分,高温合金分为三类:铁基,镍基和钴基。在20世纪60年代之前,发动机涡轮盘由锻造的超级合金制成。典型牌号为A286和Inconel 718.在20世纪70年代,GE使用快速凝固粉末Rene95合金制造CFM56发动机涡轮盘,大大提高了其推重比。使用温度显着提高。从那时起,粉末冶金涡轮盘迅速增长。近年来,美国采用喷射沉积快速凝固工艺制造的高温合金涡轮盘,与粉末高温合金相比,工艺简单,成本低,锻造加工性能好,是一种具有很大发展潜力的制备技术。

7钨合金

钨的熔点在金属中是最高的,其突出的优点是高熔点带来良好的高温强度和材料的耐腐蚀性,并且在军事工业,尤其是武器制造中表现出优异的特性。在武器工业中,它主要用于制造各种穿甲弹的弹头。通过粉末预处理技术和大变形强化技术,钨合金细化了材料的晶粒,延长了晶粒的取向,从而提高了材料的韧性和穿透力。中国主战坦克125II穿甲钨芯材料为W-Ni-Fe,采用变密度紧凑烧结工艺,平均性能达到1200 MPa拉伸强度,伸长率大于15%,技术指标为2000米。通过600毫米厚的均质钢装甲打破了距离。目前,钨合金广泛应用于主战坦克中,具有大长度穿甲弹,中小口径防空穿甲弹,超高速动能穿甲弹,超高速动能穿甲弹。核心材料,使各种穿甲弹具有更强的破碎力。

8种金属间化合物

金属间化合物具有长程有序超晶格结构,保持强金属键合,赋予它们许多特殊的物理和化学性质和机械性能。该金属间化合物具有优异的热强度,近年来已成为国内外积极研究的重要的新型高温结构材料。在军事工业中,金属间化合物已被用于制造经受热负荷的部件。例如,美国空军生产JT90燃气涡轮发动机叶片,美国空军使用钛铝制造小型飞机发动机转子叶片等。铝金属间化合物取代耐热合金作为活塞顶,大大改善了发动机的性能。在武器工业领域,坦克发动机增压器涡轮机材料是K18镍基高温合金,由于其比重大和起动惯性大,影响了油箱的加速性能。它使用钛铝金属间化合物及其氧化铝和碳化硅纤维。增强复合轻质耐热新材料可以大大提高坦克的起动性能,提高战场的生存能力。此外,金属间化合物可用于各种耐热部件,以减轻重量并提高可靠性和战斗性能。9结构陶瓷

陶瓷材料是世界上发展最快的高科技材料,它们已经从单相陶瓷发展到多相复合陶瓷。结构陶瓷材料耐高温,低密度,耐磨,热膨胀系数低,在军工领域具有良好的应用前景。

近年来,国内外对军用发动机结构陶瓷进行了广泛的研究工作。例如,用于发动机增压器的小型涡轮增压器已投入实际使用。在美国,陶瓷板嵌入活塞顶部,大大提高了活塞的使用寿命。提高发动机的热效率。德国的陶瓷部件嵌入排气口,以提高排气口的效率。外国红外热像仪上的微型斯特林制冷机的活塞衬套和气缸套由陶瓷材料制成,使用寿命长达2000小时。用于导弹的陀螺仪的功率由火药气体提供,但是气体中的火药残余物具有陀螺仪。严重损坏,为了消除气体中的残留物并提高导弹击中的准确性,有必要研究适用于2000oC的导弹火药气体的陶瓷过滤材料。在武器工业领域,结构陶瓷广泛应用于主战坦克发动机涡轮增压涡轮机,活塞顶,排气口马赛克块等,是新型武器装备的关键材料。目前,20~30毫米口径机枪的射频要求超过1200转/分钟,这使得枪管的消融非常严重。陶瓷的高熔点和高温化学稳定性可有效抑制严重的桶状烧蚀。陶瓷材料具有高抗压缩和抗蠕变特性。通过合理的设计,陶瓷材料保持三向压缩状态并克服其脆性。确保陶瓷衬垫的安全使用。

军用功能材料

1光电功能材料

光电功能材料是指光电子技术中使用的材料,它可以传输和处理与光电子相结合的信息,是现代信息技术的重要组成部分。光电功能材料在军事工业中具有广泛的应用。碲化镉汞和锑化铟是红外探测器的重要材料;硫化锌,硒化锌和砷化镓主要用于制造飞机,导弹和地面武器红外探测系统的窗户,引擎罩和整流罩。氟化镁具有高透光率,强抗雨和抗冲刷能力,是一种良好的红外透射材料。激光晶体和激光玻璃是用于高功率和高能量固态激光器的材料。典型的激光材料包括红宝石晶体,掺杂钇的铝石榴石和半导体激光材料。2储氢材料

一些过渡簇金属,合金和金属间化合物由于其特殊的晶格结构,更容易渗透到金属晶格的四面体或八面体间隙中以形成金属氢化物。它被称为储氢材料。

在武器工业中,坦克车辆中使用的铅酸蓄电池由于其低容量和高自放电率而需要频繁充电。此时维护和处理非常不方便。放电输出功率容易受电池寿命,充电状态和温度的影响。在寒冷的天气条件下,坦克车的起步速度将明显变慢甚至无法启动,这将影响坦克的作战能力。该储氢合金蓄电池具有能量密度高,抗过充电,抗冲击,低温性能和使用寿命长的优点,在未来主战坦克电池的开发过程中具有广阔的应用前景。

3阻尼减震材料

阻尼意味着即使与外界完全隔离,自由振动的固体也可以转换成热能。使用高阻尼功能材料的目的是降低噪音并降低噪音。因此,阻尼阻尼材料在军事工业中具有重要意义。

国外金属阻尼材料的应用主要集中在船舶,航空航天,航空航天等工业部门。美国海军使用Mn-Cu高阻尼合金制造潜艇螺旋桨,并实现了显着的减震效果。在西方,阻尼材料和技术在武器上的应用研究受到了极大的关注。一些发达国家专门设立了研究机构,用于武器和设备中的阻尼材料的应用。 20世纪80年代以后,国外阻尼和降噪技术得到了进一步发展。随着CAD/CAM在减震和降噪技术中的应用,他们整合了设计 - 材料 - 过程 - 测试并抑制了整体结构。减震和降噪设计。中国在20世纪70年代左右开展了阻尼减噪材料的研究工作,并取得了一定的成果,但与发达国家相比仍存在一定的差距。阻尼材料主要用于航空航天工业,用于制造控制面板或陀螺仪的外壳,如火箭,导弹,喷气式飞机等。在船舶工业中,阻尼材料用于制造螺旋桨,传动部件和隔间隔板,有效地减少振动和机械零件啮合过程中表面碰撞产生的噪音。在武器工业中,油箱传动部分(变速箱,变速箱)的振动是一个复杂的振动,宽频率范围,高性能阻尼锌铝合金和减振表面焊接材料技术,大大减少了主振动和战斗坦克的传动部分产生的噪音。4隐形材料

现代攻击武器的发展,特别是精确打击武器的出现,极大地威胁到了武器装备的可行性。单纯依靠加强武器的保护能力是不切实际的。利用隐身技术,敌人的侦察,制导和侦察系统失去了效力,从而尽可能地隐藏自己并掌握战场的主动权。早期发现和消灭敌人已成为现代武器保护的重要发展方向。隐形技术最有效的手段是使用隐形材料。对外国隐形技术和材料的研究始于第二次世界大战,起源于德国,在美国发展,并扩展到英国,法国和俄罗斯等发达国家。目前,美国在隐形技术和材料研究方面处于领先水平。在航空领域,许多国家已经成功地将隐形技术应用于飞机的隐形;在常规武器方面,美国对坦克和导弹的隐身进行了大量工作,并已用于设备,如美国M1A1坦克。使用雷达波和红外波隐身材料,前苏联T-80坦克也涂有隐形材料。

隐身材料包括毫米波吸收材料,毫米波橡胶吸收材料和多功能吸收涂层。它们不仅降低了毫米波雷达和毫米波制导系统的发现,跟踪和击打概率,而且还与可见光兼容。近红外伪装和中远红外热伪装的效果。

近年来,在改进和改进传统隐形材料的同时,国外正在研究各种新材料。晶须材料,纳米材料,陶瓷材料,手性材料,导电聚合物材料等逐渐应用于雷达波和红外隐身材料,使涂层更薄更轻。纳米材料具有优异的吸收性能,具有频带宽,相容性好,厚度薄的特点。在发达国家,纳米材料作为新一代隐形材料进行研究和开发。国内毫米波隐身材料该研究始于20世纪80年代中期,研究单位主要集中在武器系统。经过多年的努力,前期研究工作取得了很大进展。该技术可用于各种地面武器系统的伪装和隐身,如主战坦克,155毫米先进加榴弹炮系统和两栖坦克。目前,世界上正在开发的第四代超音速战斗机采用复合材料,机体融合体和吸收涂层,使其真正隐身。电磁波吸收涂层和电磁屏蔽涂层已开始在隐形飞机上涂漆;美国和俄罗斯的地对空导弹采用轻质,宽带吸收,热稳定的隐身材料。可以预见,隐身技术的研究和应用已成为国防技术中最重要的课题之一。

中国军用新材料产业化趋势

军工新材料技术含量高,军用新材料的工业化速度普遍较慢。世界上新的军用材料正朝着功能化,超高能量,复合轻量化和智能化的方向发展。从这个角度来看,钛合金,复合材料和纳米材料在军事工业中具有很好的工业化前景。

1钛合金

钛是20世纪50年代开发的优质且资源丰富的金属。随着军工行业对高强度低密度材料的需求不断增加,钛合金的工业化进程明显加快。在国外,先进飞机上钛的重量已达到飞机结构总重量的30~35%。 “九五”期间,为满足航空,航天,军舰等部门的需求,国家将钛合金作为新材料的发展重点之一。预计“十五”计划将成为新型钛合金新材料和新技术快速发展的时期。 。

2复合材料

军事高科技的发展要求材料不再是单一的结构材料。在这样的条件下,中国在先进复合材料的开发和应用方面取得了巨大成就。 “十五”期间将更加发达。人们关注。 21世纪复合材料的发展方向是低成本,高性能,多功能性和智能化。

3纳米材料

纳米技术是现代科学技术的结合。它不仅涉及所有现有的基础科学技术领域,而且在军事工业中具有广阔的应用前景。随着未来战争突然性的突然增加,各种探测手段正变得越来越先进。为了满足现代战争的需要,隐形技术在军事领域占有非常重要的地位。纳米材料对雷达波的吸收率很高,为武器隐身技术的发展提供了物质基础。资料来源:军民新材料会议

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