Granskning av applikationsstatus och utvecklingstrender för 16 stora militära nya material （1）

Materialteknologi har alltid varit ett mycket viktigt område inom de vetenskapliga och tekniska utvecklingsplanerna för länder runt om i världen. Tillsammans med informationsteknologi, bioteknik och energiteknologi erkänns den som en högteknologi som täcker den övergripande situationen för mänskligheten i dagens samhälle och under en betydande tidsperiod i framtiden. Material High Technology är också den viktigaste tekniken i den moderna industrin som stöder dagens mänskliga civilisation, och det är också den viktigaste materiella grunden för ett lands nationella försvar. Försvarsindustrin är ofta den prioriterade användaren av nya materialtekniska prestationer, och forskning och utveckling av ny materialteknik spelar en avgörande roll i utvecklingen av försvarsindustrin och vapen och utrustning.

Den strategiska betydelsen av nya militära material Nya militära material är den materiella grunden för en ny generation av vapen och utrustning och är också nyckeltekniker inom det militära området i dagens värld. Military New Materials Technology är en ny materialteknik som används inom militärområdet, som är nyckeln till moderna sofistikerade vapen och utrustning och en viktig del av militär högteknologi. Länder runt om i världen har bifogat stor betydelse för utvecklingen av ny militär materialteknik. Att påskynda utvecklingen av ny militärmaterial är en viktig förutsättning för att upprätthålla militärledarskap.

Tillämpningsstatus för nya militära material Nya militära material kan delas in i två kategorier: strukturella material och funktionella material enligt deras användning. De används främst inom luftfartsindustrin, flygindustrin, vapenindustrin och varvsindustrin.
Militära strukturella material 1. Aluminiumlegering Aluminiumlegering har alltid varit det mest använda metallkonstruktionsmaterialet i den militära industrin. Aluminiumlegering har egenskaperna för låg densitet, hög styrka och god bearbetningsprestanda. Som konstruktionsmaterial kan det göras till profiler, rör, hög ribbiga plattor med olika tvärsnitt på grund av dess utmärkta bearbetningsprestanda, för att ge full spel till potentialen i materialet och förbättra komponenternas styvhet och styrka . Därför är aluminiumlegering det föredragna lätta konstruktionsmaterialet för vapenlättviktning. Inom luftfartsindustrin används aluminiumlegering huvudsakligen för att tillverka flygplansskinn, skott, långa balkar och finslipade barer; Inom flygindustrin är aluminiumlegering ett viktigt material för lanseringsfordon och rymdskeppsstrukturella delar. Inom vapenfältet har aluminiumlegering framgångsrikt använts i infanteri -stridsfordon och pansartransportfordon. De nyligen utvecklade Howitzer -pistolfästena använder också ett stort antal nya aluminiumlegeringsmaterial. Under de senaste åren har användningen av aluminiumlegering inom flygindustrin minskat, men det är fortfarande ett av de viktigaste strukturella materialen i militärindustrin. Utvecklingstrenden för aluminiumlegeringar är att sträva efter hög renhet, hög styrka, hög seghet och hög temperaturmotstånd. De aluminiumlegeringar som används i den militära industrin inkluderar huvudsakligen aluminium-litiumlegeringar, aluminium-kopparlegeringar (2000-serien) och aluminium-zink-magnesiumlegeringar (7000-serien). De nya aluminium-litiumlegeringarna används i luftfartsindustrin, och det förutsägs att flygplanets vikt kommer att sjunka med 8 ~ 15%; Aluminium-litiumlegeringar kommer också att bli kandidatens strukturella material för rymdskepp och tunnväggiga missilskal. Med den snabba utvecklingen av flygindustrin är forskningsfokus för aluminium-litiumlegeringar fortfarande att lösa problemet med dålig seghet i tjockleksriktningen och minska kostnaderna. 2. Magnesiumlegeringar som det lättaste tekniska metallmaterialet, magnesiumlegeringar har en serie unika egenskaper såsom ljusspecifik tyngdkraft, hög specifik styrka och specifik styvhet, god dämpning och värmeledningsförmåga, stark elektromagnetisk skärmförmåga och god vibrationsminskning, som kraftigt Uppfylla behoven på militära områden som flyg-, modern vapen och utrustning. Magnesiumlegeringar används allmänt i militär utrustning, såsom tankarramar, befälspeglar, skyttspeglar, växellådor, motorfilterstolar, vatteninlopp och utloppsrör, luftdistributör, oljepumpshus, vattenpumpshus, oljevärmeväxlare, oljefilterhus, ventilskydd, andningsskydd och andra fordonsdelar; Taktiska luftförsvarsmissilstödfack och aileronskinn, väggpaneler, förstärkningsramar, roderplattor, skott och andra missildelar; Kämpar, bombplaner, helikoptrar, transportflygplan, luftburna radar, yt-till-luft-missiler, lanseringsfordon, satelliter och andra rymdskeppskomponenter. Magnesiumlegeringar är lätta i vikt, god i specifik styrka och styvhet, bra vid vibrationsminskning, elektromagnetisk störning och starka i skyddsförmågan, som kan uppfylla kraven på militära produkter för viktminskning, brusabsorption, stötdämpning och strålskydd. Det har en mycket viktig position inom flyg- och nationell försvarskonstruktion och är ett viktigt strukturellt material som krävs för flygplan, satelliter, missiler, kämpar, tankar och annan vapen och utrustning. 3. Titanlegering titanlegering har hög draghållfasthet (441 ~ 1470MPa), låg densitet (4,5 g/cm³), utmärkt korrosionsbeständighet, viss hög temperaturhållningsstyrka vid 300 ~ 550 grader och god låg temperaturpåverkan thougness, och är en idealisk idealisk Lätt strukturellt material. Titanlegering har de funktionella egenskaperna hos superplasticitet. Genom att använda superplastisk formning-diffusionsbindningsteknik kan legeringen tillverkas till produkter med komplexa former och exakta dimensioner med liten energi och materialförbrukning. Tillämpningen av titanlegering i luftfartsindustrin är främst för att göra flygplanens flygkroppsstrukturella delar, landningsutrustning, stödbjälkar, motorkompressorskivor, blad och leder; Inom flygindustrin används titanlegering huvudsakligen för att göra bärande komponenter, ramar, gascylindrar, tryckkärl, turbinpumphöljen, solida raketmotorhöljen och munstycken och andra delar. I början av 1950 -talet användes Industrial Pure Titanium för att tillverka värmesköldar, svansskydd, hastighetsbromsar och andra strukturella delar av den bakre flygkroppen på vissa militära flygplan; På 1960-talet utvidgades tillämpningen av titanlegeringar i flygplanstrukturer till klaffskjutande, bärande skott, landningsutrustning och andra stora bärande strukturer; Sedan 1970 -talet har användningen av titanlegeringar i militära flygplan och motorer ökat snabbt, från kämpar till stora militära bombplan och transportflygplan. Dess användning i F14- och F15 -flygplan står för 25% av den strukturella vikten, och dess användning i F100- och TF39 -motorer når 25% respektive 33%; Efter 1980 -talet har titanlegeringsmaterial och processteknologier uppnått ytterligare utveckling, och ett B1B -flygplan kräver 90402 kg titan. Bland de befintliga titanlegeringarna för flyg- och rymd är den mest använda multifunktionella A+B-typen Ti -6 Al -4 V-legering. Under de senaste åren har Väst och Ryssland successivt utvecklat två nya typer av titanlegeringar, nämligen höghållfast, hög-tyg, svetsbara och formbara titanlegeringar och högtemperatur, högstyrka titardant titanlegeringar. Dessa två avancerade titanlegeringar har goda tillämpningsutsikter inom den framtida flygindustrin.

Med utvecklingen av modern krigföring behöver armén ett multifunktionellt avancerat Howitzer -system med stor kraft, lång räckvidd, hög noggrannhet och snabb svarsförmåga. En av de viktigaste teknologierna för avancerade Howitzer -system är ny materialteknik. Lättvikten av självgående artilleri torn, komponenter och lätta metallpansrade fordon är en oundviklig trend i utvecklingen av vapen. Under förutsättningen att säkerställa dynamik och skydd används titanlegeringar i stor utsträckning i armévapen. Användningen av titanlegering i 155 artilleris rekylbroms kan inte bara minska vikten, utan också minska deformationen av pistolfatet orsakat av tyngdkraften, vilket effektivt förbättrar skjutningsnoggrannheten; Vissa komplexa formade komponenter på huvudstridstankar och helikopter-antitank multi-syfte missiler kan tillverkas av titanlegering, som inte bara kan uppfylla prestandakraven för produkten utan också minska processkostnaderna för komponenter. Under en lång tid tidigare var tillämpningen av titanlegeringar starkt begränsad på grund av den höga tillverkningskostnaden. Under de senaste åren utvecklar länder runt om i världen aktivt billiga titanlegeringar, samtidigt som de minskar kostnaderna måste de också förbättra prestandan för titanlegeringar. I mitt land är tillverkningskostnaden för titanlegeringar fortfarande relativt hög. Med den gradvisa ökningen av användningen av titanlegeringar är det en oundviklig trend att söka lägre tillverkningskostnader. 4. Kompositmaterial 4.1 Hartsbaserade kompositmaterial Hartsbaserade kompositmaterial har god formning av bearbetbarhet, hög specifik styrka, hög specifik modul, låg densitet, trötthetsresistens, stötdämpning, kemisk korrosionsbeständighet, goda dielektriska egenskaper, låg värmeledningsförmåga och andra Egenskaper och används allmänt i den militära industrin. Hartsbaserade kompositmaterial kan delas in i två kategorier: termosetting och termoplast. Termosetting hartsbaserade kompositmaterial är en typ av kompositmaterial som är baserat på olika termosettinghartser och tillsätts med olika förstärkningsfibrer; Medan termoplastiska hartser är en typ av linjär polymerförening som kan lösas i lösningsmedel, mjukas och smälts till en viskös vätska när den upphettas och härdas till ett fast ämne efter kylning. Hartsbaserade kompositmaterial har utmärkta omfattande egenskaper, enkel beredningsteknik och rikliga råvaror. Inom luftfartsindustrin används hartsbaserade kompositmaterial för att tillverka flygvingar, flygkroppar, kanards, horisontella svansar och motorkanaler; I flyg- och rymdfältet är hartsbaserade kompositmaterial inte bara viktiga material för rodrar, radar och luftinlopp, utan kan också användas för att tillverka det termiska isoleringsskalet i förbränningskammaren för fasta raketmotorer, och kan också användas som som som Ablativ värmebeständiga material för motorstycken. De nya cyanatharts sammansatta material som utvecklats under de senaste åren har fördelarna med stark fuktmotstånd, goda mikrovågsugn dielektriska egenskaper och god dimensionell stabilitet. De används allmänt vid tillverkning av flyg- och rymddelar, primära och sekundära bärande strukturella delar av flygplan och radarantennöverdrag. 4.2 Metallbaserade kompositmaterial Metallbaserade kompositmaterial har hög specifik styrka, hög specifik modul, god hög temperaturprestanda, låg termisk expansionskoefficient, god dimensionell stabilitet och utmärkt elektrisk och termisk konduktivitet. De har använts allmänt i den militära industrin. Aluminium, magnesium och titan är de viktigaste matriserna för metallbaserade kompositmaterial, och armeringsmaterialet kan i allmänhet delas upp i tre kategorier: fibrer, partiklar och whiskers. Bland dem har partikelförstärkta aluminiumbaserade kompositmaterial kommit in i modellverifiering, såsom att användas i f -16 kämpar som ventrala fenor istället för aluminiumlegeringar, och deras styvhet och liv förbättras kraftigt. Kolfiberarmerad aluminium- och magnesiumbaserade kompositmaterial har hög specifik styrka, nära noll termisk expansionskoefficient och god dimensionell stabilitet, och används framgångsrikt för att göra konstgjorda satellitparentes, L-bandets antenner, rymdteleskop, artificiell satellit parabolisk antenner, etc.; Kiselkarbidpartikelarmerad aluminiumbaserade kompositmaterial har god hög temperaturprestanda och slitstyrka, och kan användas för att göra raketer, missilkomponenter, infraröda och laserguidningssystemkomponenter, precision avjonikenheter osv .; Kiselkarbidfiberarmerad titanbaserade kompositmaterial har god hög temperaturbeständighet och oxidationsbeständighet och är idealiska strukturella material för motorer med högt tryck-till-vikt. De har gått in i teststadiet för avancerade motorer. Inom vapenindustrin kan metallbaserade kompositmaterial användas för storkaliber svansstabiliserade kassering av Sabot-pansarpiercingprojektiler, anti-helikopter/anti-tank multifunktionsmissilfast motorskal och andra delar för att minska vikten av vikten av Warhead och förbättrar stridsförmågan. 4.3 Keramiska baserade kompositer Keramiska baserade kompositer är en allmän term för material som förstärks med fibrer, whiskers eller partiklar och kombineras med keramiska matriser genom en viss sammansatt process. Det kan ses att keramiska baserade kompositer är flerfasmaterial som består av en andra faskomponent som introduceras i en keramisk matris. Den övervinner den inneboende sprödheten i keramiska material och har blivit en av de mest aktiva aspekterna av aktuell materialvetenskaplig forskning. Keramiska baserade kompositer har egenskaperna för låg densitet, hög specifik styrka, goda termomekaniska egenskaper och termisk chockmotstånd och är ett av de viktigaste stödmaterialet för den framtida utvecklingen av den militära industrin. Även om keramiska material har god hög temperaturprestanda, är de väldigt spröda. Metoder för att förbättra sprödheten hos keramiska material inkluderar fasning av fasförändring, mikrokrack -härdning, spridd metallfångning och kontinuerlig fiber -härdning. Keramiska baserade kompositer används huvudsakligen för att skapa munstycksventiler för flygplansturbinmotorer, som spelar en viktig roll för att förbättra motorens motorförhållanden och minska bränsleförbrukningen. 4.4 Kolkolkolkompositer Kolkolkolkompositer är kompositer som består av kolfiberförstärkningar och kolmatriser. Kolkolkolkompositer har en serie fördelar som hög specifik styrka, god termisk chockmotstånd, stark ablationsmotstånd och utformbar prestanda. Utvecklingen av kolkolkolkompositmaterial är nära besläktad med de stränga kraven i flyg- och rymdteknik. Sedan 1980-talet har forskningen om kol-kol-sammansatta material gått in i stadiet att förbättra prestanda och utöka tillämpningar. I den militära industrin är den mest iögonfallande tillämpningen av kol-kolkompositmaterial antioxidationen kol-kol-kolkonkapsling och vinge framkant av rymdfärjan, och den största kolkolprodukten är bromsbelägget för supersonic supersonic flygplan. Kolkolkolkompositmaterial används huvudsakligen som ablativa material och termiska strukturella material i flyg- och rymd. Specifikt används de som näskonkapslar för interkontinentala missilkränsar, massiva raketmunstycken och vinge ledande kanter på rymdbussar. För närvarande är densiteten för avancerade kol-kol-munstycksmaterial 1,87 ~ 1,97 g/kubikcentimeter, och bågens draghållfasthet är 75 ~ 115 MPa. De nyligen utvecklade långsiktiga interkontinentala missiländlocken är nästan alla gjorda av kol-kolkompositmaterial. Med utvecklingen av modern luftfartsteknologi ökar belastningsmassan på flygplan och flyglandningshastigheten ökar, vilket sätter högre krav på nödbromsning av flygplan. Kolkolkolkompositmaterial är lätta, höga temperaturbeständiga, absorberar stora mängder energi och har goda friktionsegenskaper. Bromsbelägg som är gjorda av dem används ofta i höghastighets militära flygplan. 5. Ultrahög styrka stål ultrahög hållfasthet stål är ett stål med en avkastningsstyrka och draghållfasthet som överstiger 1200 MPa respektive 1400 MPa. Det forskas och utvecklas för att uppfylla kraven för högt specifika styrka material i flygplanstrukturer. På grund av utvidgningen av appliceringen av titanlegeringar och kompositmaterial i flygplan har mängden stål som används i flygplan minskat, men de viktigaste bärande komponenterna på flygplan är fortfarande gjorda av stål med extremt hög hållfasthet. För närvarande är den internationellt representativa låglegering ultrahögstyrkan stål 300m ett typiskt stål för flygplan. Dessutom är låglegering ultrahög styrka Steel D6ac ett typiskt solid raketmotorhölje. Utvecklingstrenden med stål med ultrahög styrka är att kontinuerligt förbättra segheten och stresskorrosionsmotståndet samtidigt som du säkerställer ultrahög styrka. 6. Avancerade högtemperaturlegeringar högtemperaturlegeringar är nyckelmaterial för flyg- och rymdkraftssystem. Högtemperaturlegeringar är legeringar som tål vissa spänningar vid höga temperaturer på 600 ~ 1200 grader och har oxidations- och korrosionsbeständighet. De är de föredragna materialen för flyg- och rymdturbinskivor. Enligt de olika matriskomponenterna delas högtemperaturlegeringar in i tre kategorier: järnbaserade, nickelbaserade och koboltbaserade. Före 1960-talet gjordes motorturbinskivor av smidda högtemperaturlegeringar, varvid typiska betyg var A286 och Inconel 718. På 1970-talet använde GE av USA snabbt stelnade pulver Rene95-legering för att göra CFM56 motorturbinskivor, som kraftigt ökade GE kraftigt Dess drivkraft-till-vikt-förhållande och ökade dess driftstemperatur avsevärt. Sedan dess har pulvermetallurgi -turbinskivor utvecklats snabbt. Nyligen har USA antagit en högtemperaturlegeringsturbinskiva tillverkad av en sprayavlagringsprocess. Jämfört med pulverhögtemperaturlegeringar är processen enkel, kostnaden reduceras och den har god smidning av bearbetningsprestanda. Det är en beredningsteknologi med stor utvecklingspotential. 7. Tungstenlegering Tungsten har den högsta smältpunkten bland metaller. Dess enastående fördel är att den höga smältpunkten ger god hög temperaturstyrka och korrosionsmotstånd mot materialet, och det har visat utmärkta egenskaper i militärindustrin, särskilt inom tillverkning av vapen. Inom vapenbranschen används det främst för att göra stridsspetsar för olika rustningspiercingprojektiler. Volframlegeringar förfinar materialkornen och förlänger orienteringen av korn genom pulverförbehandlingsteknik och stor deformationsförstärkande teknik, vilket förbättrar materialets seghet och penetrationskraft. Den volframkärnmaterialet från den 125ⅱ Armor-Piercing-projektilen för huvudstridstankar som utvecklats i mitt land är W-Ni-Fe. Den antar en kompakt sintringsprocess med variabel densitet, och den genomsnittliga prestandan når en draghållfasthet på 1200 MPa och en förlängning på mer än 15%. Det tekniska indexet är att penetrera 600 mm tjockt homogent stål rustning på ett avstånd av 2000 meter. För närvarande används volframlegeringar i stor utsträckning i huvudstridstankar med stora rustningsprojektiler för bildförhållande, små och medelstora kaliberluftförsvarspanspierande projektiler och hypervelocity kinetiska energipansarprojektiler. Detta gör att olika pansarträngande projektiler har kraftfullare penetrationskraft. 8. Intermetalliska föreningar Intermetalliska föreningar har långsiktiga beställda superlattstrukturer och upprätthåller stark metallbindning, vilket ger dem många speciella fysiska och kemiska egenskaper och mekaniska egenskaper. Intermetalliska föreningar har utmärkt termisk styrka och har blivit ett viktigt nytt högtemperaturkonstruktionsmaterial som aktivt har studerats hemma och utomlands under de senaste åren. I den militära industrin har intermetalliska föreningar använts för att tillverka delar som bär värmebelastningar, såsom JT90 -gasturbinmotorbladen tillverkade av det amerikanska företaget Puao, rotorbladen för små flygmotorer tillverkade av US Air Force med titanaluminium, etc., och Ryssland använder titan aluminium intermetalliska föreningar istället för värmebeständiga legeringar som kolvtoppar, vilket förbättrar motorns prestanda. Inom vapenindustrin är materialet i Tank Engine Supercharger Turbine K18 nickelbaserad högtemperaturlegering. På grund av dess höga specifika tyngdkraft och stora starttröghet påverkar det tankens accelerationsprestanda. Tillämpningen av titanaluminium intermetalliska föreningar och deras oxidationsprodukter har förbättrat tankens prestanda.