Revisió de l'estat de l'aplicació i les tendències de desenvolupament de 16 grans materials militars principals （1）

La tecnologia de materials sempre ha estat un camp molt important en els plans de desenvolupament científic i tecnològic dels països de tot el món. Juntament amb la tecnologia de la informació, la biotecnologia i la tecnologia energètica, es reconeix com una alta tecnologia que cobreix la situació global de la humanitat a la societat actual i durant un període de temps considerable en el futur. Materials Alta tecnologia és també la tecnologia clau de la indústria moderna que dóna suport a la civilització humana actual, i també és la base material més important per a la defensa nacional d’un país. La indústria de la defensa és sovint l’usuari prioritari dels nous èxits tecnològics de materials i la investigació i desenvolupament de la tecnologia de nous materials té un paper decisiu en el desenvolupament de la indústria de la defensa i les armes i els equips.

La importància estratègica de nous materials militars Els nous materials militars són la base material d’una nova generació d’armes i equips, i també són tecnologies clau en l’àmbit militar del món actual. La tecnologia de nous materials militars és una nova tecnologia material utilitzada en l’àmbit militar, que és la clau per a les armes i equips sofisticats moderns i una part important de l’alta tecnologia militar. Els països de tot el món han donat una gran importància al desenvolupament de les noves tecnologies de materials militars. L’acceleració del desenvolupament de la nova tecnologia de materials militars és un requisit important per mantenir el lideratge militar.

Estat de sol·licitud de nous materials militars Els nous materials militars es poden dividir en dues categories: materials estructurals i materials funcionals segons els seus usos. S’utilitzen principalment en la indústria de l’aviació, la indústria aeroespacial, la indústria d’armes i la indústria de la construcció naval.
Materials estructurals militars. Aliatge d’alumini d’alumini d’alumini sempre ha estat el material estructural metàl·lic més utilitzat a la indústria militar. L’aliatge d’alumini té les característiques de baixa densitat, alta resistència i un bon rendiment de processament. Com a material estructural, es pot convertir en perfils, canonades, plaques de ribera alta de diverses seccions transversals a causa del seu excel·lent rendiment de processament, per tal de donar un joc complet al potencial del material i millorar la rigidesa i la força dels components . Per tant, l’aliatge d’alumini és el material estructural lleuger preferit per a l’arma lleuger. A la indústria de l'aviació, l'aliatge d'alumini s'utilitza principalment per fabricar pells d'avions, parabrises, bigues llargues i barres d'honor; A la indústria aeroespacial, l’aliatge d’alumini és un material important per a vehicles de llançament i parts estructurals de les naus espacials. En el camp de les armes, l’aliatge d’alumini s’ha utilitzat amb èxit en vehicles de lluita d’infanteria i vehicles de transport blindats. Els muntatges de pistola Howitzer recentment desenvolupats també utilitzen un gran nombre de nous materials d’aliatge d’alumini. En els darrers anys, l’ús d’aliatge d’alumini a la indústria aeroespacial ha disminuït, però no deixa de ser un dels principals materials estructurals de la indústria militar. La tendència de desenvolupament dels aliatges d'alumini és perseguir una alta puresa, alta resistència, alta resistència i alta resistència a la temperatura. Els aliatges d'alumini utilitzats a la indústria militar inclouen principalment aliatges d'alumini-liti, aliatges d'alumini-coure (sèries 2000) i aliatges d'alumini-zinc-magnesi (sèries 7000). Els nous aliatges d'alumini-liti s'utilitzen a la indústria de l'aviació i es preveu que el pes dels avions caurà un 8 ~ 15%; Els aliatges d'alumini-liti també es convertiran en materials estructurals candidats per a les naus espacials i les closques de míssils de paret fina. Amb el ràpid desenvolupament de la indústria aeroespacial, el focus de recerca dels aliatges d’alumini-liti continua per resoldre el problema de la mala duresa en la direcció de gruix i reduir els costos. 2. Aliatges de magnesi Com a material metàl·lic d’enginyeria més lleuger, els aliatges de magnesi tenen una sèrie de propietats úniques com la gravetat específica de la llum, la força específica i la rigidesa específica, la bona amortiment i la conductivitat tèrmica, la forta capacitat de blindatge electromagnètic i una bona reducció de vibracions, que molt satisfer les necessitats dels camps militars com ara aeroespacial, armes i equips moderns. Els aliatges de magnesi s’utilitzen àmpliament en equips militars, com ara marcs de seient de tanc, miralls del comandant, miralls de tirador, carcasses de caixa de canvis, seients de filtre de motor, entrada d’aigua i canonades de sortida, seients de distribuïdor d’aire, carcasses de bomba d’oli, carcasses de bomba d’aigua, intercanviadors de calor d’oli, carcasses de filtre d’oli, cobertes de vàlvules, respiradors i altres parts del vehicle; Els compartiments de suport de míssils de defensa aèria tàctica i pells d'Aileron, panells de paret, marcs de reforç, plaques de timó, parets de parets i altres parts de míssils; Jets de caça, bombarders, helicòpters, avions de transport, radars aerotransportats, míssils de superfície a l'aire, vehicles de llançament, satèl·lits i altres components de la nau espacial. Els aliatges de magnesi tenen un pes lleuger, bo en força i rigidesa específiques, reducció de vibracions, interferències electromagnètiques i fortes en les capacitats de blindatge, que poden satisfer els requisits dels productes militars per a la reducció del pes, l’absorció del soroll, l’absorció de xoc i la protecció contra la radiació. Ocupa una posició molt important en la construcció de la defensa aeroespacial i nacional i és un material estructural clau necessari per a avions, satèl·lits, míssils, combatents, tancs i altres armes i equips. 3. Aliatge d’aliatge de titani té una gran resistència a la tracció (441 ~ 1470MPa), baixa densitat (4,5 g/cm³), excel·lent resistència a la corrosió, certa força de resistència a la temperatura d’alta temperatura a 300 ~ 550 graus i bona duresa d’impacte de baixa temperatura i és ideal Material estructural lleuger. L’aliatge de titani té les característiques funcionals de la superplasticitat. Utilitzant la tecnologia d’enllaç de difusió de formació superplàstica, l’aliatge es pot convertir en productes amb formes complexes i dimensions precises amb poca energia i consum de materials. L’aplicació de l’aliatge de titani a la indústria de l’aviació és principalment per fer que les parts estructurals del fuselatge d’avions, els equips d’aterratge, les bigues de suport, els discos del compressor de motors, les fulles i les juntes; A la indústria aeroespacial, l’aliatge de titani s’utilitza principalment per fer components de càrrega, marcs, cilindres de gas, vasos de pressió, carcasses de bomba de turbina, carcasses de motors de coets sòlids i broquets i altres parts. A principis dels anys cinquanta, es va utilitzar un titani pur industrial per fabricar escuts de calor, cobertes de cua, frens de velocitat i altres parts estructurals del fuselatge posterior en alguns avions militars; A la dècada de 1960, l’aplicació d’aliatges de titani en estructures d’avions es va expandir a la solapa lliscant, els malsons de càrrega, les bigues d’engranatges d’aterratge i altres estructures principals de càrrega; Des de la dècada de 1970, l’ús d’aliatges de titani en avions i motors militars ha augmentat ràpidament, des de combatents fins a grans bombarders militars i avions de transport. El seu ús en avions F14 i F15 representa el 25% del pes estructural i el seu ús en motors F100 i TF39 arriba al 25% i al 33% respectivament; Després de la dècada de 1980, els materials d’aliatge de titani i les tecnologies de processos han aconseguit un major desenvolupament i un avió B1B requereix 90402 kg de titani. Entre els aliatges de titani existents per a aeroespacial, el més utilitzat és el multifunció A+B Type Ti -6 Al -4 aliatge V. En els darrers anys, Occident i Rússia han desenvolupat successivament dos nous tipus d’aliatges de titani, és a dir, aliatges de titani d’alta resistència, d’alta resistència, aliats de titani de flama, d’alta resistència, d’alta resistència. Aquests dos aliatges avançats de titani tenen bones perspectives d’aplicació en la futura indústria aeroespacial.

Amb el desenvolupament de la guerra moderna, l'exèrcit necessita un sistema multifuncional avançat Howitzer amb gran potència, llarg abast, alta precisió i capacitat de resposta ràpida. Una de les tecnologies clau dels sistemes avançats Howitzer és la nova tecnologia material. La lleugera de les torretes d’artilleria autopropulsada, components i vehicles blindats de metall lleuger és una tendència inevitable en el desenvolupament d’armes. Sota la premissa d’assegurar la dinàmica i la protecció, els aliatges de titani s’utilitzen àmpliament en les armes de l’exèrcit. L’ús d’aliatge de titani en el fre de recobriment d’artilleria 155 no només pot reduir el pes, sinó que també reduir la deformació del barril de pistola causada per la gravetat, millorant eficaçment la precisió del tir; Alguns components en forma de complexa en els principals dipòsits de batalla i els míssils polivalents en helicòpter-anti-tanc es poden fer d'aliatge de titani, que no només pot complir els requisits de rendiment del producte, sinó que també reduir els costos de processament dels components. Durant molt de temps en el passat, l’aplicació d’aliatges de titani va estar molt restringida a causa de l’elevat cost de fabricació. En els darrers anys, els països de tot el món desenvolupen activament aliatges de titani de baix cost, alhora que redueixen els costos, també han de millorar el rendiment dels aliatges de titani. Al meu país, el cost de fabricació dels aliatges de titani és encara relativament elevat. Amb l’augment gradual de l’ús d’aliatges de titani, buscar costos de fabricació més baixos és una tendència inevitable en el desenvolupament d’aliatges de titani. 4. Materials compostos 4.1 Materials compostos basats en resina Els materials compostos basats en resina tenen una bona processabilitat de formació, una gran resistència específica, un mòdul específic elevat, baixa densitat, resistència a la fatiga, absorció de xocs, resistència a la corrosió química, bones propietats dielèctriques, baixa conductivitat tèrmica i altres i altres Característiques i s’utilitzen àmpliament a la indústria militar. Els materials compostos basats en resina es poden dividir en dues categories: termoset i termoplàstica. Els materials compostos basats en resina termosetting són un tipus de material compost que es basa en diverses resines termosetting i s’afegeix amb diverses fibres de reforç; Mentre que les resines termoplàstiques són un tipus de compost de polímer lineal que es pot dissoldre en dissolvents, suavitzar i fondre en un líquid viscós quan s’escalfa i s’endureix en un sòlid després de refredar -se. Els materials compostos basats en resina tenen excel·lents propietats integrals, tecnologia de preparació fàcil i abundants matèries primeres. A la indústria de l'aviació, els materials compostos basats en resina s'utilitzen per fabricar ales d'avions, fusejos, canards, cues horitzontals i conductes del motor; Al camp aeroespacial, els materials compostos basats en resina no només són materials importants per a timons, radars i entrades d'aire, sinó que també es poden utilitzar per fabricar la closca d'aïllament tèrmic de la cambra de combustió de motors de coets sòlids i també es pot utilitzar com a Materials resistents a la calor ablatius per a broquets del motor. Els nous materials compostos de resina de cianat desenvolupats en els darrers anys tenen els avantatges de la forta resistència a la humitat, les bones propietats dielèctriques de microones i una bona estabilitat dimensional. S’utilitzen àmpliament en la fabricació de peces estructurals aeroespacials, parts estructurals de càrrega primària i secundària dels avions i cobertes d’antena de radar. 4.2 Materials compostos basats en metalls Materials compostos basats en metalls tenen una gran resistència específica, un mòdul específic elevat, un bon rendiment de temperatura alta, un coeficient d’expansió tèrmica baixa, una bona estabilitat dimensional i una excel·lent conductivitat elèctrica i tèrmica. S'han utilitzat àmpliament a la indústria militar. L’alumini, el magnesi i el titani són les principals matrius dels materials compostos basats en metalls, i els materials de reforç es poden dividir generalment en tres categories: fibres, partícules i bigotis. Entre ells, els materials compostos basats en alumini reforçats en partícules han entrat a la verificació del model, com ara que s’utilitzen en els combatents F -16 com a aliatges ventrals en lloc d’aliatges d’alumini, i la seva rigidesa i la seva vida es milloren molt. Els materials compostos basats en l’alumini i el magnesi reforçats amb fibra de carboni tenen una gran resistència específica, prop del coeficient d’expansió tèrmica zero i una bona estabilitat dimensional, i s’utilitzen amb èxit per fer claudàtors de satèl·lits artificials, antenes planes de banda L, telescopis espacials, antenes parabòliques de satèl·lit artificial,, etc .; Els materials compostos basats en alumini reforçat en partícules de carbur de silici tenen un bon rendiment de temperatura alta i resistència al desgast, i es poden utilitzar per fer coets, components de míssils, components del sistema d’orientació per infrarojos i làser, dispositius aviònics de precisió, etc .; Els materials compostos basats en titani reforçat amb fibra de carbur de silici tenen una bona resistència a la temperatura i resistència a l’oxidació i són materials estructurals ideals per a motors d’alta relació entre empenta-pes. Han entrat a l’etapa de prova dels motors avançats. En el camp de la indústria de les armes, els materials compostos basats en metalls es poden utilitzar per a la descaració de la cua de gran calibre que es descarta els projectils de perforació de l'armadura, les closils de motors sòlids anti-helicòpter/anti-tanc i altres parts per reduir el pes del pes de la pes la capçalera i millorar les capacitats de combat. 4.3 Composites basats en ceràmica Els compostos basats en ceràmica són un terme general per a materials que es reforcen amb fibres, bigotis o partícules i combinades amb matrius de ceràmica mitjançant un determinat procés compost. Es pot veure que els compostos basats en ceràmica són materials multifase compostos per un component de segona fase introduït en una matriu ceràmica. Supervisa la incapacitat inherent dels materials ceràmics i s’ha convertit en un dels aspectes més actius de la investigació en ciències de materials actuals. Els compostos basats en ceràmica tenen les característiques de baixa densitat, alta força específica, bones propietats termomecàniques i resistència a les xocs tèrmics i són un dels materials de suport clau per al desenvolupament futur de la indústria militar. Tot i que els materials ceràmics tenen un bon rendiment a alta temperatura, són molt trencadissos. Els mètodes per millorar la britenitat dels materials ceràmics inclouen l’enduriment del canvi de fase, l’enduriment de la microcrack, l’enduriment de metalls dispers i el enduriment continu de la fibra. Els compostos basats en ceràmica s’utilitzen principalment per fer vàlvules de boquilla per als motors de turbina de gas d’avions, que tenen un paper important en la millora de la proporció d’empenta-pes dels motors i reduint el consum de combustible. 4.4 Composites de carboni-carboni Els compostos de carboni són compostos compostos compostos per reforços de fibra de carboni i matrius de carboni. Els compostos de carboni amb carboni tenen una sèrie d’avantatges com ara una gran resistència específica, una bona resistència a xoc tèrmic, una forta resistència a l’ablació i un rendiment dissenyable. El desenvolupament de materials compostos de carboni està estretament relacionat amb els estrictes requisits de la tecnologia aeroespacial. Des de la dècada de 1980, la investigació sobre materials compostos de carboni-carboni ha entrat en l’etapa de millorar el rendiment i ampliar les aplicacions. A la indústria militar, l’aplicació més atractiva dels materials compostos de carboni-carboni és la tapa de con de carboni anti-oxidació i la vora de l’ala de la llançadora espacial, i el producte més gran de carboni de carboni és el coixinet de Supersonic avions. Els materials compostos de carboni-carboni s’utilitzen principalment com a materials ablatius i materials estructurals tèrmics en aeroespacial. Concretament, s’utilitzen com a gorres de con nas de caps de míssils intercontinentals, broquets de coets sòlids i vores al capdavant de les llançadores espacials. Actualment, la densitat dels materials avançats de la boquilla de carboni és de 1,87 ~ 1,97 g/cúbic centímetre i la resistència a la tracció de cèrcol és de 75 ~ 115 MPa. Els recentment desenvolupats gorres finals de míssils intercontinentals de llarg abast són gairebé tots de materials compostos de carboni-carboni. Amb el desenvolupament de la tecnologia moderna de l'aviació, la massa de càrrega dels avions està augmentant i la velocitat d'aterratge de vol augmenta, cosa que suposa requisits més elevats en la frenada d'emergència dels avions. Els materials compostos de carboni en carboni són lleugers i resistents a la temperatura, absorbeixen grans quantitats d’energia i tenen bones propietats de fricció. Les pastilles de fre fetes d’ells s’utilitzen àmpliament en avions militars d’alta velocitat. 5. Acer de gran resistència ultra-alta acer de gran resistència és un acer amb una resistència de rendiment i una resistència a la tracció superior a 1200 MPa i 1400 MPa respectivament. S’investiga i es desenvolupa per satisfer els requisits de materials d’alta força específics en les estructures d’avions. A causa de l'expansió de l'aplicació d'aliatges de titani i materials compostos en els avions, la quantitat d'acer utilitzada en els avions ha disminuït, però els components de càrrega clau dels avions encara estan feta d'acer de gran resistència. Actualment, el 300 m de baixa resistència a la baixa resistència a l’alçada internacional 300 és un acer típic per a l’engranatge d’aterratge d’avions. A més, D6AC d'acer d'ultra alta resistència d'aliatge és un material típic de carcassa de coets sòlids. La tendència de desenvolupament de l'acer de gran resistència és millorar contínuament la resistència i la resistència a la corrosió de l'estrès alhora que garanteix la força ultra-alta. 6. Aliatges avançats d'aliatge d'alta temperatura d'aliatges d'alta temperatura són materials clau per als sistemes de potència aeroespacial. Els aliatges a alta temperatura són aliatges que poden suportar certes tensions a temperatures altes de 600 ~ 1200 graus i tenen resistència a l’oxidació i a la corrosió. Són els materials preferits per als discos de turbina del motor aeroespacial. Segons els diferents components de la matriu, els aliatges a alta temperatura es divideixen en tres categories: basades en ferro, basades en níquel i basades en cobalt. Abans dels anys seixanta, els discos de turbina del motor es feien amb aliatges forjats a alta temperatura, amb qualificacions típiques A286 i Inconel 718. A la dècada de 1970, GE dels Estats Units van utilitzar aliatge de pols de pols Rene95 per fer discos de turbina del motor CFM56, que va augmentar molt enormement La seva proporció d’empenta-pes va augmentar significativament la seva temperatura de funcionament. Des de llavors, els discos de turbina de metal·lúrgia en pols s’han desenvolupat ràpidament. Recentment, els Estats Units han adoptat un disc de turbines d’aliatge d’alimentació a alta temperatura fabricat per un procés de solidificació ràpida de deposició de ruixat. En comparació amb els aliatges d’alta temperatura en pols, el procés és senzill, el cost es redueix i té un bon rendiment de processament de forja. És una tecnologia de preparació amb un gran potencial de desenvolupament. 7. Tungstè Alloy Tungsten té el punt de fusió més alt entre els metalls. El seu avantatge destacat és que l’alt punt de fusió aporta una bona resistència a la temperatura i la resistència a la corrosió al material, i ha mostrat excel·lents característiques en la indústria militar, especialment en la fabricació d’armes. A la indústria de les armes, s'utilitza principalment per fer caps de diversos projectils de perforació de les armadures. Els aliatges de tungstè perfeccionen els grans de materials i allarguen l’orientació dels grans mitjançant la tecnologia de pretractament en pols i la gran tecnologia de reforma de la deformació, millorant així la resistència i la penetració dels materials. El material bàsic de Tungsten del projectil de 125 ºC per als principals tancs de batalla desenvolupats al meu país és W-Ni-Fe. Adopta un procés de sinterització compacta de densitat variable i el rendiment mitjà assoleix una resistència a la tracció de 1200 MPa i una allargament de més del 15%. L’índex tècnic de combat és penetrar a una armadura d’acer homogènia de 600 mm de gruix a una distància de 2000 metres. Actualment, els aliatges de tungstè s’utilitzen àmpliament en els principals dipòsits de batalla amb grans projectils de perforació d’armadura d’aspecte d’aspecte, projectils de defensa de la defensa de l’aire de calibre petit i mitjà i projectils d’energia cinètica d’energia cinètica d’hipervelocitat. Això fa que diversos projectils de perforació de les armadures tinguin un poder de penetració més potent. 8. Compostos intermetàlics Els compostos intermetàlics han ordenat a llarg termini estructures de superlittes i mantenen un enllaç metàl·lic fort, cosa que els proporciona moltes propietats físiques i químiques especials i propietats mecàniques. Els compostos intermetàlics tenen una excel·lent força tèrmica i s’han convertit en un important material estructural a alta temperatura que s’ha estudiat activament a casa i a l’estranger en els darrers anys. A la indústria militar, s’han utilitzat compostos intermetàlics per fabricar peces que porten càrregues de calor, com ara les fulles de motor de turbina de gas JT90 fabricades per l’empresa nord -americana Puao, les fulles del rotor de petits motors d’avions fabricats per la Força Aèria dels Estats Units mitjançant alumini de titani, etc., i Rússia utilitza compostos intermetàlics alumini de titani en lloc dels aliatges resistents a la calor com a tops de pistó, cosa que millora molt el rendiment del motor. En el camp de la indústria de les armes, el material de la turbina del sobrealimentador del motor de tancs és un aliatge a alta temperatura basat en níquel K18. A causa de la seva gran gravetat específica i la seva gran inèrcia inicial, afecta el rendiment d’acceleració del dipòsit. L’aplicació de compostos intermetàlics d’alumini de titani i els seus productes d’oxidació ha millorat molt el rendiment del dipòsit.