Beoordeling van de applicatiestatus en ontwikkelingstrends van 16 grote militaire nieuwe materialen （1）

Materiaaltechnologie is altijd een zeer belangrijk gebied geweest in de wetenschappelijke en technologische ontwikkelingsplannen van landen over de hele wereld. Samen met informatietechnologie, biotechnologie en energietechnologie wordt het erkend als een hoge technologie die de algehele situatie van de mensheid in de huidige samenleving en voor een aanzienlijke periode in de toekomst dekt. Materials High Technology is ook de belangrijkste technologie van de moderne industrie die de huidige menselijke beschaving ondersteunt, en het is ook de belangrijkste materiële basis voor de nationale verdediging van een land. De defensie -industrie is vaak de prioriteitsgebruiker van nieuwe prestaties van de technologie van nieuwe materialen, en het onderzoek en de ontwikkeling van nieuwe materiaaltechnologie speelt een beslissende rol bij de ontwikkeling van de defensie -industrie en wapens en apparatuur.

De strategische betekenis van nieuwe militaire materialen nieuwe militaire materialen vormen de materiële basis van een nieuwe generatie wapens en apparatuur, en zijn ook belangrijke technologieën in het militaire veld van de wereld van vandaag. Militaire nieuwe materialentechnologie is een nieuwe materiële technologie die wordt gebruikt in militair veld, de sleutel tot moderne verfijnde wapens en apparatuur en een belangrijk onderdeel van militaire hoge technologie. Landen over de hele wereld hebben veel belang gehecht aan de ontwikkeling van nieuwe technologie voor militaire materialen. Het versnellen van de ontwikkeling van nieuwe technologie voor militaire materialen is een belangrijke voorwaarde voor het handhaven van militair leiderschap.

Toepassingsstatus van nieuwe militaire materialen Nieuw militair materiaal kan worden onderverdeeld in twee categorieën: structurele materialen en functionele materialen volgens hun gebruik. Ze worden voornamelijk gebruikt in de luchtvaartindustrie, de ruimtevaartindustrie, de wapenindustrie en de scheepsbouwindustrie.
Militaire structurele materialen 1. Aluminiumlegering Aluminiumlegering is altijd het meest gebruikte structurele materiaal van metaal in de militaire industrie geweest. Aluminiumlegering heeft de kenmerken van lage dichtheid, hoge sterkte en goede verwerkingsprestaties. Als een structureel materiaal kan het worden gemaakt in profielen, pijpen, platen met een hoog geribbelde dwarsdoorsneden vanwege de uitstekende verwerkingsprestaties, om het potentieel van het materiaal volledig te spelen en de stijfheid en sterkte van de componenten te verbeteren . Daarom is aluminiumlegering het geprefereerde lichtgewicht structurele materiaal voor wapenlichtgewicht. In de luchtvaartindustrie wordt aluminiumlegering voornamelijk gebruikt om vliegtuighuiden, schotten, lange balken en honingsbars te produceren; In de ruimtevaartindustrie is aluminiumlegering een belangrijk materiaal voor structurele onderdelen van het lanceren en ruimtevaartuigen. Op het gebied van wapens is aluminiumlegering met succes gebruikt in infanterie -vechtvoertuigen en gepantserde transportvoertuigen. De onlangs ontwikkelde Houwitser -pistoolbevestigingen gebruiken ook een groot aantal nieuwe aluminiumlegeringsmaterialen. In de afgelopen jaren is het gebruik van aluminiumlegering in de ruimtevaartindustrie afgenomen, maar het is nog steeds een van de belangrijkste structurele materialen in de militaire industrie. De ontwikkelingstrend van aluminiumlegeringen is om een ​​hoge zuiverheid, hoge sterkte, hoge taaiheid en weerstand op hoge temperatuur na te streven. De aluminiumlegeringen die in de militaire industrie worden gebruikt, omvatten voornamelijk aluminium-lithiumlegeringen, aluminium-copperlegeringen (2000-serie) en aluminium-zink-magnesiumlegeringen (7000 series). De nieuwe aluminium-lithiumlegeringen worden gebruikt in de luchtvaartindustrie en wordt voorspeld dat het gewicht van vliegtuigen met 8 ~ 15%zal dalen; Aluminium-lithiumlegeringen worden ook kandidaat-structurele materialen voor ruimtevaartuigen en dunwandige raketschalen. Met de snelle ontwikkeling van de ruimtevaartindustrie is de onderzoeksfocus van aluminium-lithiumlegeringen nog steeds het oplossen van het probleem van slechte taaiheid in de dikte richting en het verlagen van de kosten. 2. Magnesiumlegeringen als het lichtste engineeringmetaalmateriaal, magnesiumlegeringen hebben een reeks unieke eigenschappen zoals lichtspecifiek gewicht, hoge specifieke sterkte en specifieke stijfheid, goede demping en thermische geleidbaarheid, sterk elektromagnetisch afschermingsvermogen en goede trillingsreductie, die sterk Voldoen aan de behoeften van militaire gebieden zoals ruimtevaart, moderne wapens en apparatuur. Magnesiumlegeringen worden veel gebruikt in militaire uitrusting, zoals tankzitrames, spiegels van de commandant, spiegels van de schutter, versnellingsbakbehuizingen, motorfilterstoelen, waterinlaat- en uitlaatleidingen, stoelen voor luchtdistributeurs, oliepompbehuizingen, waterpompbehuizingen, oliewarmtewisselaars, oliefilterbehuizingen, klepdeksels, ademhaling en andere voertuigonderdelen; Tactische luchtverdedigingsraketondersteuningscompartimenten en Aileron -skins, wandpanelen, versterkingsframes, roerborden, schotten en andere raketonderdelen; Straaljagers, bommenwerpers, helikopters, transportvliegtuigen, radars in de lucht, oppervlakte-lucht raketten, lanceervoertuigen, satellieten en andere ruimtevaartuigen. Magnesiumlegeringen zijn licht in gewicht, goed in specifieke sterkte en stijfheid, goed in trillingsreductie, elektromagnetische interferentie en sterk in afschermingsmogelijkheden, die kunnen voldoen aan de vereisten van militaire producten voor gewichtsvermindering, geluidsabsorptie, schokabsorptie en stralingsbescherming. Het neemt een zeer belangrijke positie in in de ruimtevaart- en nationale defensieconstructie en is een belangrijk structureel materiaal vereist voor vliegtuigen, satellieten, raketten, jagers, tanks en andere wapens en apparatuur. 3. Titaniumlegering Titaniumlegering heeft een hoge treksterkte (441 ~ 1470MPa), lage dichtheid (4,5 g/cm³), uitstekende corrosieweerstand, bepaalde hoge temperatuur uithoudingsvermogensterkte bij 300 ~ 550 graden en goede lage temperatuur impact taaiheid, en is een ideaal Lichtgewicht structureel materiaal. Titaniumlegering heeft de functionele kenmerken van superplasticiteit. Door gebruik te maken van superplastische vormingstechnologie voor het vormen van diffusie, kan de legering worden gemaakt tot producten met complexe vormen en precieze dimensies met weinig energie en materiaalverbruik. De toepassing van titaniumlegering in de luchtvaartindustrie is voornamelijk om structurele onderdelen van vliegtuigen, landingsgestel, ondersteunende balken, motorcompressorschijven, messen en gewrichten te maken; In de lucht- en ruimtevaartindustrie wordt titaniumlegering voornamelijk gebruikt om belastingdragende componenten, frames, gascilinders, drukvaten, turbinepompomhulsels, vaste raketmotor omhulsels en sproeiers en andere onderdelen te maken. In de vroege jaren 1950 werd industrieel puur titanium gebruikt om warmteschilden, staartafdekkingen, snelheidremmen en andere structurele delen van de romp op sommige militaire vliegtuigen te produceren; In de jaren zestig werd de toepassing van titaniumlegeringen in vliegtuigstructuren uitgebreid tot flap glijdende, dragende schotten, landingsgestelstralen en andere grote belastingdragende structuren; Sinds de jaren zeventig is het gebruik van titaniumlegeringen in militaire vliegtuigen en motoren snel toegenomen, van jagers tot grote militaire bommenwerpers en transportvliegtuigen. Het gebruik ervan in F14- en F15 -vliegtuigen is goed voor 25% van het structurele gewicht, en het gebruik ervan in F100- en TF39 -motoren bereikt respectievelijk 25% en 33%; Na de jaren 1980 hebben titaniumlegeringsmaterialen en procestechnologieën verdere ontwikkeling bereikt en een B1B -vliegtuig vereist 90402 kg titanium. Onder de bestaande titaniumlegeringen voor ruimtevaart is het meest gebruikte het multifunctionele a+b type ti -6 al -4 v-legering. In de afgelopen jaren hebben het West en Rusland achtereenvolgens twee nieuwe soorten titaniumlegeringen ontwikkeld, namelijk hoogwaardig, hoogwaardig, lasbare en formuliere titaniumlegeringen en hoge temperatuur, hoge sterkte, vlamvertrouwende titaniumlegeringen. Deze twee geavanceerde titaniumlegeringen hebben goede toepassingsperspectieven in de toekomstige ruimtevaartindustrie.

Met de ontwikkeling van moderne oorlogvoering heeft het leger een multifunctioneel geavanceerd houwitsersysteem nodig met grote kracht, lange afstand, hoge nauwkeurigheid en snelle responscapaciteit. Een van de belangrijkste technologieën van Advanced Howitzer Systems is nieuwe materiaaltechnologie. Het lichtgewicht van zelfrijdende artillerietorentjes, componenten en lichte metalen gepantserde voertuigen is een onvermijdelijke trend in de ontwikkeling van wapens. Onder het uitgangspunt van het waarborgen van dynamiek en bescherming worden titaniumlegeringen veel gebruikt in legerwapens. Het gebruik van titaniumlegering in de 155 artillerie -terugslagrem kan niet alleen het gewicht verminderen, maar ook de vervorming van het pistoolvat veroorzaakt door de zwaartekracht verminderen, waardoor de schietnauwkeurigheid effectief wordt verbeterd; Sommige complexe componenten op hoofdgevechttanks en helikopter-anti-tank multifunctionele raketten kunnen worden gemaakt van titaniumlegering, die niet alleen kunnen voldoen aan de prestatievereisten van het product, maar ook de verwerkingskosten van componenten kunnen verlagen. Lange tijd in het verleden was de toepassing van titaniumlegeringen sterk beperkt vanwege de hoge productiekosten. In de afgelopen jaren ontwikkelen landen over de hele wereld actief goedkope titaniumlegeringen, terwijl ze de kosten verlagen, ze moeten ook de prestaties van titaniumlegeringen verbeteren. In mijn land zijn de productiekosten van titaniumlegeringen nog steeds relatief hoog. Met de geleidelijke toename van het gebruik van titaniumlegeringen is het zoeken naar lagere productiekosten een onvermijdelijke trend in de ontwikkeling van titaniumlegeringen. 4. Composietmaterialen 4.1 Op hars gebaseerde composietmaterialen Resin-gebaseerde composietmaterialen hebben een goede vormingsprocesbaarheid, hoge specifieke sterkte, hoge specifieke modulus, lage dichtheid, vermoeidheidsweerstand, schokabsorptie, chemische corrosieweerstand, goede diëlektrische eigenschappen, lage thermische geleidbaarheid en andere Kenmerken en worden veel gebruikt in de militaire industrie. Op hars gebaseerde composietmaterialen kunnen worden onderverdeeld in twee categorieën: thermohardende en thermoplastisch. Methermoharningsgebaseerde composietmaterialen zijn een type composietmateriaal dat is gebaseerd op verschillende thermohardende harsen en toegevoegd met verschillende versterkingsvezels; Terwijl thermoplastische harsen een type lineaire polymeerverbinding zijn die in oplosmiddelen kan worden opgelost, verzacht en gesmolten in een viskeuze vloeistof wanneer verwarmd en na afkoeling in een vaste stof wordt gehard. Op hars gebaseerde composietmaterialen hebben uitstekende uitgebreide eigenschappen, eenvoudige voorbereidingstechnologie en overvloedige grondstoffen. In de luchtvaartindustrie worden op hars gebaseerde composietmaterialen gebruikt om vliegtuigvleugels, romp, canards, horizontale staarten en motorkanalen te produceren; In het ruimtevaartveld zijn op hars gebaseerde composietmaterialen niet alleen belangrijke materialen voor roeren, radars en luchtinlaten, maar kunnen ook worden gebruikt om de thermische isolatieschil van de verbrandingskamer van vaste raketmotoren te produceren en kunnen ook als AS worden gebruikt Ablatieve warmtebestendige materialen voor motorkappen. De nieuwe composietmaterialen van de cyanaathars die de afgelopen jaren zijn ontwikkeld, hebben de voordelen van sterke vochtweerstand, goede microgolfdiëlektrische eigenschappen en goede dimensionale stabiliteit. Ze worden op grote schaal gebruikt bij de productie van structurele ruimtelijke onderdelen van ruimtevaart, primaire en secundaire belastingdragende structurele delen van vliegtuigen en radarantenne-deksels. 4.2 Metaalgebaseerde composietmaterialen Metaalgebaseerde composietmaterialen hebben een hoge specifieke sterkte, hoge specifieke modulus, goede hoge temperatuurprestaties, lage thermische expansiecoëfficiënt, goede dimensionale stabiliteit en uitstekende elektrische en thermische geleidbaarheid. Ze zijn veel gebruikt in de militaire industrie. Aluminium, magnesium en titanium zijn de belangrijkste matrices van metaalgebaseerde composietmaterialen, en de versterkingsmaterialen kunnen in het algemeen worden verdeeld in drie categorieën: vezels, deeltjes en snorharen. Onder hen hebben deeltjesversterkte op aluminium gebaseerde samengestelde materialen modelverificatie ingevoerd, zoals gebruikt in F -16 jagers als ventrale vinnen in plaats van aluminiumlegeringen, en hun stijfheid en leven zijn sterk verbeterd. Koolstofvezelversterkte aluminium en magnesiumgebaseerde composietmaterialen hebben een hoge specifieke sterkte, dicht bij nul thermische expansiecoëfficiënt en goede dimensionale stabiliteit, en worden met succes gebruikt om kunstmatige satellietbeugels, L-band vlakke antennes, ruimtetelescopen, kunstmatige satellietparabolische antennas te maken, enz.; Silicium carbide deeltjes met aluminium op aluminium op aluminium samengestelde materialen hebben een goede prestaties op hoge temperatuur en slijtvastheid en kunnen worden gebruikt om raketten, raketcomponenten, infrarood- en lasergeleidingssysteemcomponenten, precisie-avionica-apparaten te maken, enz.; Siliciumcarbide vezelversterkte op titanium gebaseerde composietmaterialen hebben een goede weerstand tegen hoge temperatuur en oxidatieweerstand, en zijn ideale structurele materialen voor motoren met een hoge stuwkracht tot gewicht. Ze zijn de testfase van geavanceerde motoren ingegaan. Op het gebied van de wapenindustrie kunnen op metaal gebaseerde composietmaterialen worden gebruikt voor staart met een groot kaliber gestabiliseerd weggooiende sabot pantser-piercing-projectielen, anti-helicopter/anti-tank multifunctionele raketten vaste motorschalen en andere onderdelen om het gewicht te verminderen van het gewicht van De kernkop en het verbeteren van gevechtsmogelijkheden. 4.3 Composieten op basis van keramische ceramische keramische composieten zijn een algemene term voor materialen die worden versterkt met vezels, snorharen of deeltjes en gecombineerd met keramische matrices door een bepaald composietproces. Het is te zien dat composieten op basis van keramiek meer dan een tweede fasecomponent zijn die in een keramische matrix zijn geïntroduceerd. Het overwint de inherente brosheid van keramische materialen en is een van de meest actieve aspecten van het huidige materiaalwetenschappelijk onderzoek geworden. Ceramic-gebaseerde composieten hebben de kenmerken van lage dichtheid, hoge specifieke sterkte, goede thermomechanische eigenschappen en thermische schokweerstand, en zijn een van de belangrijkste ondersteunende materialen voor de toekomstige ontwikkeling van de militaire industrie. Hoewel keramische materialen een goede prestaties op hoge temperatuur hebben, zijn ze erg bros. Methoden om de brosheid van keramische materialen te verbeteren, zijn onder meer faseverandering, microcrackharding, verspreide metaalharding en continue vezelharding. Composieten op basis van keramiek worden voornamelijk gebruikt om mondstukkleppen te maken voor vliegtuiggasturbinemotoren, die een belangrijke rol spelen bij het verbeteren van de stuwkracht-te gewichtsverhouding van motoren en het verminderen van het brandstofverbruik. 4.4 Koolstof-koolstofcomposieten koolstof-koolstofcomposieten zijn composieten samengesteld uit koolstofvezelversterkingen en koolstofmatrices. Koolstof-koolstofcomposieten hebben een reeks voordelen, zoals hoge specifieke sterkte, goede thermische schokweerstand, sterke ablatieweerstand en ontwerptbare prestaties. De ontwikkeling van koolstof-koolstofcomposietmaterialen is nauw verwant aan de strenge vereisten van ruimtevaarttechnologie. Sinds de jaren tachtig is het onderzoek naar koolstof-koolstofcomposietmaterialen in het stadium van het verbeteren van de prestaties en het uitbreiden van toepassingen. In de militaire industrie is de meest opvallende toepassing van samengestelde materialen met koolstof koolstofarme materialen de anti-oxidatie koolstof-koolstof neuskegel en vleugel voorrand van de ruimtevaarthuttle, en het grootste koolstof-koolstofproduct is het remkussen van supersonische Vliegtuigen. Koolstof-koolstofcomposietmaterialen worden voornamelijk gebruikt als ablatieve materialen en thermische structurele materialen in ruimtevaart. In het bijzonder worden ze gebruikt als neuskegel doppen van intercontinentale raket kernkoppen, massieve raketmondstukken en vleugel -leidende randen van ruimtevaarthuttels. Momenteel is de dichtheid van geavanceerde koolstof-koolstofmondstukmaterialen 1,87 ~ 1,97 g/kubieke centimeter en de treksterkte van de hoepel is 75 ~ 115 MPa. De onlangs ontwikkelde long-reeks intercontinentale raket-eindkappen zijn bijna allemaal gemaakt van koolstof-koolstofcomposietmaterialen. Met de ontwikkeling van de moderne luchtvaarttechnologie neemt de laadmassa van vliegtuigen toe en neemt de landingssnelheid toe, wat hogere vereisten stelt aan het noodremmen van vliegtuigen. Koolstof-koolstofcomposietmaterialen zijn lichtgewicht, hoge temperatuurbestendig, absorberen grote hoeveelheden energie en hebben goede wrijvingseigenschappen. Remblokken van hen worden op grote schaal gebruikt in high-speed militaire vliegtuigen. 5. Ultrahoge sterkte Staal Ultrahoge sterktestaal is een staal met een opbrengststerkte en treksterkte van respectievelijk 1200 MPa en 1400 MPa. Het wordt onderzocht en ontwikkeld om te voldoen aan de vereisten van materialen met hoge specifieke sterkte in vliegtuigstructuren. Vanwege de uitbreiding van de toepassing van titaniumlegeringen en composietmaterialen in vliegtuigen, is de hoeveelheid staal die in vliegtuigen wordt gebruikt, maar de belangrijkste componenten van belasting op vliegtuigen zijn nog steeds gemaakt van ultrahoge sterkte staal. Op dit moment is de internationaal representatieve lage legering ultrahoge sterkte staal 300m een ​​typisch staal voor landingsgestel met vliegtuigen. Bovendien is lage legering ultrahoge sterkte staal D6AC een typisch vaste raketmotorbehuizing. De ontwikkelingstrend van ultrahoogsterkstaal is om de weerstand van de taaiheid en stresscorrosie continu te verbeteren en tegelijkertijd ultrahoge sterkte te waarborgen. 6. Geavanceerde hoge temperatuurlegeringen hoge temperatuurlegeringen zijn belangrijke materialen voor ruimtevaartvermogensystemen. Legeringen op hoge temperatuur zijn legeringen die bepaalde spanningen kunnen weerstaan ​​bij hoge temperaturen van 600 ~ 1200 graden en oxidatie- en corrosieweerstand hebben. Het zijn de voorkeursmaterialen voor turbineschijven in de ruimtevaartmotor. Volgens de verschillende matrixcomponenten zijn legeringen op hoge temperatuur verdeeld in drie categorieën: op ijzer gebaseerde, op nikkel gebaseerde en kobaltgebaseerd. Vóór de jaren zestig werden motorturbineschijven gemaakt van vervalste legeringen bij hoge temperaturen, met typische cijfers als A286 en Inconel 718. In de jaren 1970 gebruikten GE van de Verenigde Staten snel gestolde Powder Rene95-legering om CFM56-motorturbine-turbine-schijven te maken, die sterk toenamen zijn stuwkracht-gewichtsverhouding en verhoogde de bedrijfstemperatuur aanzienlijk. Sindsdien hebben poedermetallurgie turbineschijven zich snel ontwikkeld. Onlangs hebben de Verenigde Staten een turbineschijf met hoge temperatuur aangenomen die wordt vervaardigd door een snel stollingsproces van de sprayafzetting. In vergelijking met poederhoogtemperaturen legeringen is het proces eenvoudig, de kosten worden verlaagd en heeft het goede smedenverwerkingsprestaties. Het is een voorbereidingstechnologie met een groot ontwikkelingspotentieel. 7. Tungsten legering wolfraam heeft het hoogste smeltpunt tussen metalen. Het uitstekende voordeel is dat het hoge smeltpunt een goede kracht op hoge temperatuur en corrosieweerstand tegen het materiaal met zich meebrengt, en het heeft uitstekende kenmerken in de militaire industrie getoond, vooral bij de productie van wapens. In de wapenindustrie wordt het voornamelijk gebruikt om kernkoppen te maken van verschillende pantser-piercing-projectielen. Tungsten -legeringen verfijnen de korrels van materialen en verlengen de oriëntatie van korrels door poedervoorbehandelingstechnologie en grote vervormingsversterkingstechnologie, waardoor de taaiheid en penetratiekracht van materialen wordt verbeterd. Het tungsten kernmateriaal van het 125ⅱ Armor-piercing-projectiel voor hoofdgevechttanks ontwikkeld in mijn land is W-ni-FE. Het neemt een compact sinters van variabele dichtheid aan en de gemiddelde prestaties bereikt een treksterkte van 1200 MPa en een verlenging van meer dan 15%. De Combat Technical Index is om 600 mm dik homogeen stalen pantser op een afstand van 2000 meter door te dringen. Op dit moment worden wolfraamlegeringen veel gebruikt in hoofdgevechttanks met grote pantser voor pantser van de beeldverhouding, kleine en middellange kaliber luchtverdedigingen pantser-piercing-projectielen en hypervelocity kinetische energie pantser-piercing-projectielen. Dit zorgt ervoor dat verschillende pantser-piercing-projectielen een krachtigere penetratiekracht hebben. 8. Intermetallic-verbindingen Intermetallische verbindingen hebben een langeafstand geordende superroosterstructuren en handhaven sterke metaalbindingsbinding, wat hen veel speciale fysische en chemische eigenschappen en mechanische eigenschappen geeft. Intermetallische verbindingen hebben een uitstekende thermische sterkte en zijn een belangrijk nieuw structureel materiaal met hoge temperatuur geworden dat de afgelopen jaren actief in binnen- en buitenland is bestudeerd. In de militaire industrie zijn intermetallische verbindingen gebruikt om onderdelen te produceren die warmtebelastingen dragen, zoals de JT90 -gasturbinemotorbladen vervaardigd door het Amerikaanse bedrijf Puao, de rotorbladen van kleine vliegtuigmotoren vervaardigd door de Amerikaanse luchtmacht met behulp van titaniumaluminium, enz., En Rusland gebruikt titanium aluminium intermetallische verbindingen in plaats van warmtebestendige legeringen als zuiger tops, wat de prestaties van de motor aanzienlijk verbetert. Op het gebied van de wapenindustrie is het materiaal van de turbine van de tankmotor supercharger-turbine op K18 gebaseerde legering op basis van nikkel. Vanwege zijn hoge specifieke gewicht en grote beginnende traagheid, beïnvloedt dit de versnellingsprestaties van de tank. De toepassing van titanium aluminium intermetallische verbindingen en hun oxidatieproducten heeft de prestaties van de tank sterk verbeterd.