16 nya militära material

Nytt militärt material är den materiella basen för en ny generation av vapen och utrustning, och är också nyckelteknologier inom det militära området i dagens värld. Militär ny materialteknik är en ny materialteknik som används inom det militära området. Det är nyckeln till moderna sofistikerade vapen och utrustning och en viktig del av militär högteknologi. Länder runt om i världen lägger stor vikt vid utvecklingen av ny militär materialteknik. Att påskynda utvecklingen av ny militär materiell teknologi är en viktig förutsättning för att upprätthålla militärt ledarskap.

Ansökningsstatus för nytt militärt material

Nya militära material kan delas in i två kategorier: strukturella material och funktionella material efter deras användningsområden. De används främst inom flygindustrin, flygindustrin, vapenindustrin och varvsindustrin.

Aluminiumlegering

Aluminiumlegering har alltid varit det mest använda metallkonstruktionsmaterialet inom militärindustrin. Aluminiumlegering har egenskaperna låg densitet, hög hållfasthet och god bearbetningsprestanda. Som ett strukturellt material, på grund av dess utmärkta bearbetningsprestanda, kan det göras till profiler, rör, högförstärkta plattor etc. med olika tvärsnitt för att fullt ut utnyttja materialets potential och förbättra komponenter. Styvhet och styrka. Därför är aluminiumlegering det föredragna lätta konstruktionsmaterialet för lätta vapen.

Inom flygindustrin används aluminiumlegeringar främst för att tillverka flygplansskinn, skiljeväggar, långa balkar och trimstänger. Inom flygindustrin är aluminiumlegeringar viktiga material för strukturella delar av bärraketer och rymdfarkoster. Inom vapenområdet har aluminiumlegeringar använts framgångsrikt. Det används ofta i infanteristridsfordon och pansartransportfordon. Det nyligen utvecklade haubitsfästet använder också ett stort antal nya aluminiumlegeringsmaterial.

Användningen av aluminiumlegeringar inom flygindustrin har minskat under de senaste åren, men det är fortfarande ett av de viktigaste strukturella materialen i den militära industrin. Utvecklingstrenden för aluminiumlegeringar är strävan efter hög renhet, hög hållfasthet, hög seghet och hög temperaturbeständighet. De aluminiumlegeringar som används inom den militära industrin inkluderar främst aluminium-litiumlegeringar, aluminium-kopparlegeringar (2000-serien) och aluminium-zink-magnesiumlegeringar (7000-serien).

Nya aluminium-litiumlegeringar används inom flygindustrin, och det förutspås att flygplanens vikt kommer att minska med 8 till 15 %; aluminium-litiumlegeringar kommer också att bli kandidatstrukturmaterial för flygfarkoster och tunnväggiga missilhöljen. Med den snabba utvecklingen av flygindustrin ligger forskningsfokuset för aluminium-litiumlegeringar fortfarande på att lösa problemen med dålig seghet i tjockleksriktningen och minska kostnaderna.

Magnesiumlegering

Som det lättaste tekniska metallmaterialet har magnesiumlegering en rad unika egenskaper såsom lätt specifik vikt, hög specifik hållfasthet och specifik styvhet, bra dämpning och värmeledningsförmåga, stark elektromagnetisk avskärmningsförmåga och goda vibrationsdämpande egenskaper, vilket i hög grad uppfyller behoven av behoven av flyg, moderna vapen och utrustning och andra militära områden.

Magnesiumlegeringar har många applikationer i militär utrustning, såsom tanksätesramar, befälhavarspeglar, skyttarspeglar, växellådor, motorfiltersäten, vatteninlopps- och utloppsrör, luftfördelarsäten, oljepumphus, vattenpumphus, oljevärmeväxlare, oljefilterhus, ventilkåpor, andningsskydd och andra fordonsdelar; taktiska luftvärnsmissilstödfack och skevroder, väggpaneler, förstärkta ramar, roderplattor, skiljeväggar och annan ammunition Pildelar; stridsflygplan, bombplan, helikoptrar, transportflygplan, luftburna radarer, mark-till-luft-missiler, bärraketer, konstgjorda satelliter och andra rymdfarkoster. Magnesiumlegeringar är lätta i vikt, har bra specifik styrka och styvhet, bra vibrationsdämpande prestanda, starka elektromagnetiska störningar och starka skärmningsförmåga, vilket kan uppfylla kraven för militära produkter för viktminskning, bullerabsorption, stötdämpning och strålskydd. Det intar en mycket viktig position inom flyg- och nationellt försvarsbyggande och är ett viktigt strukturmaterial som krävs för vapen och utrustning som flygplan, satelliter, missiler och stridsflygplan och stridsvagnar.

Titanlegering

Titanlegering har hög draghållfasthet (441~1470MPa), låg densitet (4,5g/cm³), utmärkt korrosionsbeständighet och viss hållbarhet vid hög temperatur och bra lågtemperaturbeständighet vid 300~550 grader. Slagseghet, det är ett idealiskt lätt konstruktionsmaterial. Titanlegering har de funktionella egenskaperna superplasticitet. Med hjälp av superplastisk formnings-diffusionsfogningsteknik kan legeringen göras till produkter med komplexa former och exakta dimensioner med mycket liten energiförbrukning och materialförbrukning.

Tillämpningen av titanlegeringar inom flygindustrin är huvudsakligen för att tillverka flygplanskroppsstrukturdelar, landningsställ, stödbalkar, motorkompressorskivor, blad och leder; inom flygindustrin används titanlegeringar främst för att tillverka bärande komponenter och ramar. , gasflaskor, tryckkärl, turbopumpshöljen, solida raketmotorhöljen och munstycken och andra delar. I början av 1950-talet började rent industriellt titan användas på vissa militära flygplan för att tillverka strukturella delar som värmesköldar för bakkroppen, bakkåpor och hastighetsbromsar; på 1960-talet utökades tillämpningen av titanlegeringar i flygplanskonstruktioner till att omfatta glidande valsade flikar. , lastbärande skott, landningsställsbalkar och andra större spänningsbärande strukturer; sedan 1970-talet har användningen av titanlegeringar i militära flygplan och motorer ökat snabbt, från stridsflygplan till stora militära bombplan och transportflygplan. Den används på F14 och F15 flygplan. Användningen står för 25 % av den strukturella vikten, och användningen på F100- och TF39-motorerna når 25 % respektive 33 %; efter 1980-talet har titanlegeringsmaterial och processteknik nått ytterligare utveckling, och ett B1B-flygplan kräver 90 402 kilo titan. Bland de befintliga titanlegeringarna för flygindustrin är den mest använda universallegeringen a+b typ Ti-6Al-4V. Under de senaste åren har väst och Ryssland successivt utvecklat två nya typer av titanlegeringar. De är titanlegeringar med hög hållfasthet, hög seghet, svetsbarhet och god formbarhet, och titanlegeringar med hög temperatur, hög hållfasthet och flamskydd. Dessa två avancerade titanlegeringar kommer att spela en viktig roll i den framtida flygindustrin. har goda ansökningsmöjligheter.

Med utvecklingen av modern krigföring behöver armén ett multifunktionellt avancerat haubitssystem med hög effekt, lång räckvidd, hög noggrannhet och snabb respons. En av nyckelteknologierna i det avancerade haubitssystemet är ny materialteknik. Lättviktningen av material för självgående artilleritorn, komponenter och pansarfordon av lättmetall är en oundviklig trend i utvecklingen av vapen. Med förutsättningen att säkerställa dynamik och skydd, används titanlegeringar i stor utsträckning i armévapen. Användningen av titanlegering för 155 artillerimynningsbromsen kan inte bara minska vikten, utan också minska deformationen av artilleripipan orsakad av gravitationen, vilket effektivt förbättrar skjutnoggrannheten; några komplexa former på huvudstridsstridsvagnar och helikopter-anti-tank multi-purpose missiler Komponenterna kan vara gjorda av titanlegering, som inte bara kan uppfylla produktens prestandakrav utan också minska bearbetningskostnaden för delarna.

Under en lång tid i det förflutna har användningen av titanlegeringar varit mycket begränsad på grund av höga tillverkningskostnader. Under de senaste åren har länder runt om i världen aktivt utvecklat billiga titanlegeringar för att sänka kostnaderna och samtidigt förbättra prestanda hos titanlegeringar. I mitt land är tillverkningskostnaden för titanlegeringar fortfarande relativt hög. Eftersom mängden titanlegeringar gradvis ökar, är att söka lägre tillverkningskostnader en oundviklig trend i utvecklingen av titanlegeringar.

Kompositmaterial

4.1 Hartsbaserade kompositmaterial

Hartsbaserade kompositmaterial har god formningsbearbetbarhet, hög specifik hållfasthet, hög specifik modul, låg densitet, utmattningsbeständighet, stötdämpning, kemisk korrosionsbeständighet, goda dielektriska egenskaper och låg värmeledningsförmåga. Hög effektivitet och andra egenskaper, det används ofta inom militärindustrin. Hartsbaserade kompositmaterial kan delas in i två kategorier: härdplast och termoplast. Termohärdande hartsbaserade kompositmaterial är en typ av kompositmaterial som använder olika härdplaster som matris och lägger till olika förstärkningsfibrer; medan termoplastiska hartser är en typ av linjära polymerföreningar som kan lösas i lösningsmedel eller i Den mjuknar och smälter till en trögflytande vätska när den värms upp och hårdnar till en fast substans när den kyls. Hartsbaserade kompositmaterial har utmärkta omfattande egenskaper, beredningsprocessen är lätt att implementera och råvarorna är rikliga. Inom flygindustrin används hartsbaserade kompositmaterial för att tillverka flygplansvingar, flygkroppar, canards, horisontella svansar och motorns yttre kanaler; inom flyg- och rymdområdet är hartsbaserade kompositmaterial inte bara viktiga material för roder, radarer och luftintag, utan också kan det användas för att tillverka det isolerande skalet till den solida raketmotorns förbränningskammare, och kan också användas som ablationsvärmebeständigt material för motormunstycket. De nya cyanathartskompositmaterialen som utvecklats under de senaste åren har fördelarna med stark fuktbeständighet, goda mikrovågsdielektriska egenskaper och god dimensionsstabilitet. De används i stor utsträckning vid tillverkning av strukturella delar för flyg- och rymdindustrin, primära och sekundära bärande strukturella delar av flygplan och radarradomer.

4.2 Metallmatriskompositer

Metallmatriskompositmaterial har hög specifik hållfasthet, hög specifik modul, bra högtemperaturprestanda, låg värmeutvidgningskoefficient, god dimensionsstabilitet och utmärkt elektrisk och termisk ledningsförmåga och har använts i stor utsträckning inom den militära industrin. Aluminium, magnesium och titan är huvudmatriserna för metallmatriskompositer. Armeringsmaterial kan generellt delas in i tre kategorier: fibrer, partiklar och morrhår. Bland dem har partikelförstärkta aluminiummatriskompositer gått in i modellverifiering, som till exempel används i F-16 stridsflygplan. Bukfenan ersätter aluminiumlegering och dess styvhet och livslängd förbättras avsevärt. Kolfiberförstärkt aluminium och magnesiumbaserade kompositmaterial har inte bara hög specifik hållfasthet, utan har även en termisk expansionskoefficient nära noll och god dimensionsstabilitet. De har framgångsrikt använts för att tillverka konstgjorda satellitkonsoler, plana L-bandsantenner, rymdteleskop och konstgjorda satelliter. Parabolantenner, etc.; kiselkarbidpartikelförstärkta aluminiummatriskompositmaterial har goda högtemperaturprestanda och antislitageegenskaper, och kan användas för att tillverka raket- och missilkomponenter, infraröda och laserstyrsystemkomponenter, precisionsavionikanordningar, etc.; kiselkarbidfiberförstärkt titanmatris Kompositmaterial har god hög temperaturbeständighet och oxidationsbeständighet och är idealiska strukturmaterial för motorer med högt dragkraft-till-viktförhållande. De har nu gått in i teststadiet av avancerade motorer. Inom vapenindustrin kan metallmatriskompositmaterial användas i svansstabiliserade pansargenomträngande sabotar med stor kaliber, anti-helikopter/pansarvärnsmissil massiva motorhöljen och andra komponenter för att minska stridsspetsens vikt och förbättra stridsförmågan.

4.3 Keramiska matriskompositer

Keramiska matriskompositmaterial är en allmän term för material som använder fibrer, whiskers eller partiklar som förstärkningar och kombineras med en keramisk matris genom en viss kompositprocess. Det kan ses att keramiska matriskompositmaterial inför en andra fas i den keramiska matrisen. Flerfasmaterial som består av komponenter övervinner den inneboende sprödheten hos keramiska material och har blivit den mest aktiva aspekten i aktuell materialvetenskaplig forskning. Keramiska matriskompositmaterial har egenskaperna låg densitet, hög specifik hållfasthet, goda termomekaniska egenskaper och termisk chockbeständighet. De är ett av de viktigaste stödmaterialen för den framtida utvecklingen av militär industri. Även om keramiska material har goda högtemperaturegenskaper, är de också spröda. Metoder för att förbättra sprödheten hos keramiska material inkluderar fasförändringshärdning, mikrosprickhärdning, dispergerad metallhärdning och kontinuerlig fiberhärdning. Keramiska matriskompositmaterial används huvudsakligen för att tillverka munstycksventiler för gasturbinmotorer för flygplan, som spelar en viktig roll för att förbättra motorns dragkraft-till-vikt-förhållande och minska bränsleförbrukningen.

4.4 Kol-kol-kompositer

Kol-kolkompositmaterial är kompositmaterial som består av kolfiberförstärkning och kolmatris. Kol-kol-kompositmaterial har en rad fördelar såsom hög specifik hållfasthet, god termisk chockbeständighet, stark ablationsbeständighet och designbar prestanda. Utvecklingen av kol-kolkompositmaterial är nära relaterad till de krävande kraven inom flygteknik. Sedan 1980-talet har forskningen om kol-kol-kompositmaterial gått in i ett stadium av förbättrad prestanda och utökade tillämpningar. Inom den militära industrin är de mest iögonfallande tillämpningarna av kol-kolkompositmaterial antioxidationskol-kolnoskonen och vingkanterna på rymdfärjor. Den största kol-kol-produkten är bromsbeläggen på överljudsflygplan. Kol-kol-kompositmaterial används huvudsakligen som ablativa material och termiska strukturella material inom flyg- och rymdindustrin. Specifikt används de som noskon för interkontinentala missilstridsspetsar, solida raketmunstycken och rymdfärjans framkanter. Strömtätheten för avancerade kol-kolmunstyckematerial är 1,87 ~ 1,97 g/cm3, och draghållfastheten är 75 ~ 115 MPa. Ändlocken på nyligen utvecklade interkontinentala missiler med lång räckvidd använder nästan alla kol-kolkompositmaterial.

Med utvecklingen av modern flygteknik fortsätter lastmassan på flygplan att öka och flyglandningshastigheten fortsätter att öka, vilket ställer högre krav på nödbromsning av flygplan. Kol-kolkompositmaterial är lätta i vikt, tål höga temperaturer, absorberar stora mängder energi och har goda friktionsegenskaper. De används ofta i höghastighets militära flygplan för att tillverka bromsbelägg.

ultra höghållfast stål

Ultrahöghållfast stål är stål med en sträckgräns och draghållfasthet som överstiger 1200 MPa respektive 1400 MPa. Det är undersökt och utvecklat för att möta kraven på högspecifika hållfasthetsmaterial för flygplanskonstruktioner. På grund av den utökade användningen av titanlegeringar och kompositmaterial i flygplan har mängden stål som används i flygplan minskat, men viktiga lastbärande komponenter på flygplan är fortfarande tillverkade av ultrahöghållfast stål. För närvarande är det internationellt representativa låglegerade ultrahöghållfasta stålet 300M ett typiskt stål för flygplanslandningsställ. Dessutom är låglegerat ultrahöghållfast stål D6AC ett typiskt massivt raketmotorhölje. Utvecklingstrenden för ultrahöghållfast stål är att kontinuerligt förbättra segheten och motståndskraften mot spänningskorrosion samtidigt som man säkerställer ultrahög hållfasthet.

Avancerade högtemperaturlegeringar

Högtemperaturlegeringar är nyckelmaterial för flygkraftsystem. Högtemperaturlegeringar är legeringar som kan motstå viss stress vid höga temperaturer på 600 ~ 1200 grader och har antioxidations- och anti-korrosionsförmåga. De är de föredragna materialen för turbinskivor för flygmotorer. Beroende på de olika matriskomponenterna delas högtemperaturlegeringar in i tre kategorier: järnbaserade, nickelbaserade och koboltbaserade. Motorturbinskivor tillverkades av smidda högtemperaturlegeringar fram till 1960-talet. Typiska kvaliteter inkluderar A286 och Inconel 718. På 1970-talet använde amerikanska GE Company snabbt stelnande pulver Rene95-legering för att tillverka CFM56-motorns turbinskiva, vilket kraftigt ökade dess dragkraft-till-vikt-förhållande. , höjs driftstemperaturen avsevärt. Sedan dess har pulvermetallurgiska turbinskivor utvecklats snabbt. Nyligen har USA antagit en snabb stelningsprocess för sprayavsättning för att tillverka högtemperaturlegerade turbinskivor. Jämfört med pulveriserade högtemperaturlegeringar är processen enkel, kostnaden reduceras och den har bra smidesbearbetningsprestanda. Det är en beredningsteknik med stor utvecklingspotential.

Volframlegering

Volfram har den högsta smältpunkten bland metaller. Dess enastående fördel är att dess höga smältpunkt ger materialet god hållfasthet vid hög temperatur och korrosionsbeständighet. Den har visat utmärkta egenskaper inom den militära industrin, särskilt vid vapentillverkning. Inom vapenindustrin används den främst för att tillverka stridsspetsarna till olika pansargenomträngande projektiler. Volframlegering använder pulverförbehandlingsteknik och stor deformationsförstärkande teknologi för att förfina materialets korn och förlänga kornorienteringen, och därigenom förbättra materialets styrka, seghet och penetrationskraft. Volframkärnmaterialet i den pansargenomträngande projektilen av typ 125 II som utvecklats av vårt land är W-Ni-Fe, som använder en kompakt sintringsprocess med variabel densitet. Dess genomsnittliga prestanda når en draghållfasthet på 1 200 MPa, en töjning på mer än 15 % och ett stridstekniskt index på 2,000 meter. Avstånd penetrerar 600 mm tjockt homogent stålpansar. För närvarande används volframlegering i stor utsträckning som kärnmaterial för pansargenomträngande projektiler med stora aspektförhållande av huvudstridstankar, pansargenomträngande projektiler med små och medelstora kaliber av luftfartyg och pansargenomträngande projektiler med ultrahöghastighets kinetisk energi, som gör att olika pansargenomträngande projektiler har kraftigare penetrationskraft.

intermetalliska föreningar

Intermetalliska föreningar har långväga ordnade supergitterstrukturer och bibehåller starka metalliska bindningar, vilket ger dem många speciella fysikaliska, kemiska och mekaniska egenskaper. Intermetalliska föreningar har utmärkt termisk styrka och har blivit viktiga nya högtemperaturstrukturmaterial som aktivt studerats hemma och utomlands under de senaste åren. Inom den militära industrin har intermetalliska föreningar använts för att tillverka delar som tål termiska belastningar. Till exempel tillverkar det USA-baserade Puau Company JT90 gasturbinmotorblad, det amerikanska flygvapnet använder titan-aluminium för att tillverka små flygplansmotorer, etc., och Ryssland använder titan Aluminium intermetalliska föreningar ersätter värmebeständiga legeringar som kolvkronor , vilket kraftigt förbättrar motorns prestanda. Inom vapenindustrin är materialet för tankmotorns kompressorturbin K18 nickelbaserad högtemperaturlegering, vilket påverkar tankens accelerationsprestanda på grund av dess stora specifika vikt och starttröghet. Titan-aluminium intermetalliska föreningar och deras komponenter är gjorda av aluminiumoxid och kiselkarbidfibrer. Det förbättrade, lätta och värmebeständiga kompositmaterialet kan avsevärt förbättra tankens startprestanda och förbättra dess överlevnadsförmåga på slagfältet. Dessutom kan intermetalliska föreningar också användas i en mängd olika värmebeständiga komponenter för att minska vikten och förbättra tillförlitligheten och bekämpa prestandaindikatorer.

strukturell keramik

Keramiska material är de snabbast växande högteknologiska materialen i världen idag. De har utvecklats från enfas keramik till flerfas kompositkeramik. Strukturella keramiska material har goda användningsmöjligheter inom den militära industrin på grund av sina många utmärkta egenskaper såsom hög temperaturbeständighet, låg densitet, slitstyrka och låg värmeutvidgningskoefficient.

Under de senaste åren har ett omfattande forskningsarbete bedrivits kring strukturkeramik för militära motorer hemma och utomlands. Till exempel har små turbiner för motorkompressorer tagits i praktisk användning; USA har bäddat in keramiska plattor ovanpå kolven, vilket avsevärt har ökat kolvens livslängd och även förbättrat motorns termiska effektivitet. Tyskland lägger in keramiska komponenter i avgasporten för att förbättra effektiviteten i avgasporten. Kolvfodret och cylinderfodret i miniatyrkylskåpet Stirling på främmande infraröda värmekameror är gjorda av keramiska material, med en livslängd på upp till 2,000 timmar; kraften i missilgyroskopet tillförs av krutgas, men krutresterna i gasen har en negativ inverkan på gyroskopet. Allvarlig skada. För att eliminera rester i gasen och förbättra missilens träffnoggrannhet är det nödvändigt att studera keramiska filtermaterial som är lämpliga för missilkrutgas som arbetar vid 2000 grader. Inom vapenindustrin används strukturell keramik i stor utsträckning i kompressorturbiner för huvudstridstankmotorer, kolvtoppar, avgasportsinlägg, etc., och är nyckelmaterial för nya vapen och utrustning. För närvarande når radiofrekvenskravet för maskingevär i kaliber 20-30 mm mer än 1 200 skott per minut, vilket gör ablationen av pipan extremt allvarlig. Keramernas höga smältpunkt och kemiska stabilitet vid höga temperaturer används för att effektivt undertrycka allvarlig fatablation. Keramiska material har hög kompressionsmotstånd och krypmotstånd. Genom rimlig design kan keramiska material bibehålla ett tredimensionellt kompressionstillstånd och övervinna sin sprödhet. , för att säkerställa säker användning av keramiska foder.