Revisione dello stato dell'applicazione e delle tendenze di sviluppo di 16 principali nuovi materiali militari （1）

La tecnologia dei materiali è sempre stata un campo molto importante nei piani di sviluppo scientifico e tecnologico dei paesi di tutto il mondo. Insieme alla tecnologia dell'informazione, alla biotecnologia e alla tecnologia energetica, è riconosciuta come un'alta tecnologia che copre la situazione generale dell'umanità nella società di oggi e per un periodo di tempo considerevole in futuro. Materiali L'alta tecnologia è anche la tecnologia chiave dell'industria moderna che supporta la civiltà umana di oggi ed è anche la base materiale più importante per la difesa nazionale di un paese. L'industria della difesa è spesso l'utente prioritario dei risultati della tecnologia dei nuovi materiali e la ricerca e lo sviluppo della tecnologia dei nuovi materiali svolgono un ruolo decisivo nello sviluppo del settore della difesa e delle armi e delle attrezzature.

Il significato strategico dei nuovi materiali militari nuovi materiali militari sono la base materiale di una nuova generazione di armi e attrezzature e sono anche tecnologie chiave nel campo militare del mondo di oggi. La tecnologia dei nuovi materiali militari è una nuova tecnologia di materiale utilizzata nel campo militare, che è la chiave per moderne armi e attrezzature sofisticate e una parte importante dell'alta tecnologia militare. I paesi di tutto il mondo hanno attribuito grande importanza allo sviluppo della nuova tecnologia di materiale militare. L'accelerazione dello sviluppo della nuova tecnologia di materiale militare è un prerequisito importante per il mantenimento della leadership militare.

Lo stato dell'applicazione di nuovi materiali militari nuovi materiali militari possono essere divisi in due categorie: materiali strutturali e materiali funzionali in base ai loro usi. Sono utilizzati principalmente nel settore dell'aviazione, nell'industria aerospaziale, nell'industria delle armi e nell'industria della costruzione navale.
Materiali strutturali militari 1. Lega di alluminio in lega di alluminio è sempre stato il materiale strutturale metallico più utilizzato nell'industria militare. La lega di alluminio ha le caratteristiche di bassa densità, alta resistenza e buone prestazioni di elaborazione. Come materiale strutturale, può essere trasformato in profili, tubi, piastre ad alta crema di varie sezioni trasversali a causa delle sue eccellenti prestazioni di elaborazione, in modo da dare il gioco completo al potenziale del materiale e migliorare la rigidità e la resistenza dei componenti . Pertanto, la lega di alluminio è il materiale strutturale leggero preferito per il leggero pesca dell'arma. Nel settore dell'aviazione, la lega di alluminio viene utilizzata principalmente per produrre pelli di aeromobili, paratie, travi lunghe e barre di affilazione; Nell'industria aerospaziale, la lega di alluminio è un materiale importante per i veicoli di lancio e le parti strutturali spaziali. Nel campo delle armi, la lega di alluminio è stata utilizzata con successo nei veicoli da combattimento di fanteria e nei veicoli di trasporto blindati. I supporti per pistole Howitzer recentemente sviluppati utilizzano anche un gran numero di nuovi materiali in lega di alluminio. Negli ultimi anni, l'uso della lega di alluminio nell'industria aerospaziale è diminuito, ma è ancora uno dei principali materiali strutturali nell'industria militare. La tendenza allo sviluppo delle leghe di alluminio è quella di perseguire elevata purezza, alta resistenza, alta tenacità e resistenza ad alta temperatura. Le leghe di alluminio utilizzate nell'industria militare includono principalmente leghe in alluminio-litio, leghe di alluminio-rame (serie 2000) e leghe in alluminio-zinc-magnesio (serie 7000). Le nuove leghe in alluminio-litio sono utilizzate nel settore dell'aviazione e si prevede che il peso dell'aeromobile diminuirà dell'8 ~ 15%; Le leghe di alluminio-litio diventeranno anche materiali strutturali candidati per spaziali e conchiglie di missili a parete sottile. Con il rapido sviluppo dell'industria aerospaziale, il focus di ricerca delle leghe di alluminio-litio è ancora quello di risolvere il problema della scarsa tenacia nella direzione dello spessore e ridurre i costi. 2. Leghe di magnesio come materiale in metallo ingegneristico più leggero, le leghe di magnesio hanno una serie di proprietà uniche come la gravità specifica della luce, l'elevata resistenza specifica e la rigidità specifica, il buon smorzamento e la conduttività termica, la forte capacità di schermatura elettromagnetica e una buona riduzione delle vibrazioni, che notevolmente soddisfare le esigenze di campi militari come aerospaziale, armi e attrezzature moderne. Le leghe di magnesio sono ampiamente utilizzate in attrezzature militari, come telai dei sedili del serbatoio, specchi del comandante, specchi di cannonieri, alloggiamenti del cambio, sedili del filtro del motore, sedili di ingresso e uscita dell'acqua, sedili del distributore di aria, alloggiamenti delle pompe dell'olio, alloggiamenti della pompa dell'acqua alloggiamenti del filtro dell'olio, coperture per valvole, respiratori e altre parti del veicolo; Compartimenti di supporto missilistico di difesa d'aria tattica e pelli di aleron, pannelli a parete, cornici di rinforzo, piastre di timone, paratie e altre parti missilistiche; Giochi da combattimento, bombardieri, elicotteri, aerei da trasporto, radar aviotrasportati, missili da superficie all'aria, veicoli di lancio, satelliti e altri componenti di spaziali. Le leghe di magnesio hanno un peso leggero, buoni in resistenza e rigidità specifiche, riduzione delle vibrazioni, interferenza elettromagnetica e forti capacità di schermatura, che possono soddisfare i requisiti dei prodotti militari per la riduzione del peso, l'assorbimento del rumore, l'assorbimento di ammortizzatori e la protezione da radiazioni. Occupa una posizione molto importante nella costruzione aerospaziale e di difesa nazionale ed è un materiale strutturale chiave richiesto per aerei, satelliti, missili, combattenti, carri armati e altre armi e attrezzature. 3. lega in lega di titanio in lega di titanio ha un'alta resistenza alla trazione (441 ~ 1470MPA), bassa densità (4,5 g/cm³), eccellente resistenza alla corrosione, certa resistenza alla resistenza ad alta temperatura a 300 ~ 550 gradi e buona resistenza a bassa temperatura, ed è un ideale Materiale strutturale leggero. La lega di titanio ha le caratteristiche funzionali della superplasticità. Utilizzando la tecnologia di legame a diffusione di formatura superplastica, la lega può essere trasformata in prodotti con forme complesse e dimensioni precise con scarsa energia e consumo di materiale. L'applicazione della lega di titanio nel settore dell'aviazione è principalmente quella di produrre parti strutturali di fusoliera di aeromobili, attrezzi di atterraggio, travi di supporto, dischi compressori del motore, lame e articolazioni; Nell'industria aerospaziale, la lega di titanio viene utilizzata principalmente per realizzare componenti portanti, cornici, cilindri a gas, vasi a pressione, involucri di pompe per turbine, involucri e ugelli a motore a razzo solido e altre parti. All'inizio degli anni '50, il titanio puro industriale veniva utilizzato per produrre scudi di calore, coperture di coda, freni di velocità e altre parti strutturali della fusoliera posteriore su alcuni aerei militari; Negli anni '60, l'applicazione di leghe di titanio nelle strutture degli aeromobili si espandeva per sfuggire sfuggenti scorrevoli, portanti a carico, travi di carrello di atterraggio e altre importanti strutture portanti a carico; Dagli anni '70, l'uso di leghe di titanio in aerei e motori militari è aumentato rapidamente, dai combattenti ai grandi bombardieri militari e ai velivoli di trasporto. Il suo utilizzo negli aerei F14 e F15 rappresenta il 25% del peso strutturale e il suo utilizzo nei motori F100 e TF39 raggiunge rispettivamente il 25% e il 33%; Dopo gli anni '80, i materiali in lega di titanio e le tecnologie di processo hanno raggiunto un ulteriore sviluppo e un aereo B1B richiede 90402 kg di titanio. Tra le leghe di titanio esistenti per aerospaziale, il più utilizzato è il tipo a+b type TI -6 -4 V. Negli ultimi anni, l'Occidente e la Russia hanno successivamente sviluppato due nuovi tipi di leghe di titanio, vale a dire leghe di titanio ad alta resistenza, altissima tozzosità, saldabile e formabile e leghe di titanio ad alta temperatura, ad alta resistenza e fiamma. Queste due leghe di titanio avanzate hanno buone prospettive di applicazione nel futuro settore aerospaziale.

Con lo sviluppo della guerra moderna, l'esercito ha bisogno di un sistema di obice avanzato multifunzionale con grande potenza, lunga distanza, alta precisione e capacità di risposta rapida. Una delle tecnologie chiave dei sistemi di howitzer avanzati è la nuova tecnologia di materiale. Il leggero pesce di torrette di artiglieria, componenti e veicoli corazzati in metallo leggero è una tendenza inevitabile nello sviluppo delle armi. Sotto la premessa di garantire dinamiche e protezione, le leghe di titanio sono ampiamente utilizzate nelle armi dell'esercito. L'uso della lega di titanio nel freno di rinculo di 155 artiglieria può non solo ridurre il peso, ma anche ridurre la deformazione della canna delle armi causata dalla gravità, migliorando efficacemente l'accuratezza del tiro; Alcuni componenti a forma di complessa sui principali carri armati di battaglia e missili multiuso elicotteri-b-cartonatura possono essere realizzati in lega di titanio, che non solo possono soddisfare i requisiti di prestazione del prodotto, ma anche ridurre i costi di elaborazione dei componenti. Per molto tempo in passato, l'applicazione di leghe di titanio era notevolmente limitata a causa dell'elevato costo di produzione. Negli ultimi anni, i paesi di tutto il mondo stanno sviluppando attivamente leghe di titanio a basso costo, riducendo i costi, devono anche migliorare le prestazioni delle leghe di titanio. Nel mio paese, il costo di produzione delle leghe di titanio è ancora relativamente alto. Con il graduale aumento dell'uso di leghe di titanio, la ricerca di costi di produzione più bassi è una tendenza inevitabile nello sviluppo di leghe di titanio. 4. Materiali compositi 4.1 Materiali compositi a base di resina I materiali compositi a base di resina hanno una buona formabilità di formazione, un'elevata resistenza specifica, un modulo elevato specifico, una bassa densità, una resistenza alla fatica, l'assorbimento di ammortizzatori, la resistenza alla corrosione chimica, le buone proprietà dielettriche, la bassa conducibilità termica e altri caratteristiche e sono ampiamente utilizzati nell'industria militare. I materiali compositi a base di resina possono essere divisi in due categorie: termosetting e termoplastica. I materiali compositi a base di resina di terma sono un tipo di materiale composito che si basa su varie resine di termosettico e aggiunto con varie fibre di rinforzo; Mentre le resine termoplastiche sono un tipo di composto polimerico lineare che può essere sciolto in solventi, ammorbiditi e sciolti in un liquido viscoso quando riscaldato e induriti in un solido dopo il raffreddamento. I materiali compositi a base di resina hanno eccellenti proprietà complete, una facile tecnologia di preparazione e materie prime abbondanti. Nel settore dell'aviazione, i materiali compositi a base di resina vengono utilizzati per produrre ali di aeromobili, fuseli, canard, code orizzontali e dotti del motore; Nel campo aerospaziale, i materiali compositi a base di resina non sono solo materiali importanti per timoni, radar e insenature d'aria, ma possono anche essere utilizzati per produrre il guscio di isolamento termico della camera di combustione dei motori a razzo solido e possono anche essere utilizzati come Materiali ablativi resistenti al calore per gli ugelli del motore. I nuovi materiali compositi di resina di cianato sviluppato negli ultimi anni hanno i vantaggi della forte resistenza all'umidità, delle buone proprietà dielettriche a microonde e della buona stabilità dimensionale. Sono ampiamente utilizzati nella produzione di parti strutturali aerospaziali, parti strutturali portanti di carico primario e secondario di aeromobili e coperture per antenne radar. 4.2 Materiali compositi a base di metallo I materiali compositi a base di metallo hanno un'elevata resistenza specifica, un modulo specifico elevato, buone prestazioni ad alta temperatura, bassa coefficiente di espansione termica, stabilità dimensionale di buona e conducibilità elettrica e termica eccellente. Sono stati ampiamente utilizzati nell'industria militare. Aluminio, magnesio e titanio sono le principali matrici di materiali compositi a base di metallo e i materiali di rinforzo possono generalmente essere divisi in tre categorie: fibre, particelle e baffi. Tra questi, i materiali compositi a base di alluminio rinforzati con particelle sono entrati nella verifica del modello, come essere utilizzati nei combattenti F -16 come pinne ventrali anziché leghe di alluminio, e la loro rigidità e vita sono notevolmente migliorate. Alluminio armato in fibra di carbonio e materiali compositi a base di magnesio hanno un'elevata resistenza specifica, vicino a zero coefficiente di espansione termica e stabilità dimensionale buona e sono utilizzati con successo per produrre parentesi satellitari artificiali, antenne planare a banda L, antenne telescopiche spaziali, antenne paraboliche artificiale ecc.; I materiali compositi a base di alluminio per particelle in carburo di silicio hanno buone prestazioni ad alta temperatura e resistenza all'usura e possono essere utilizzati per produrre razzi, componenti missilistici, componenti del sistema di orientamento a infrarossi e laser, dispositivi avionici di precisione, ecc.; I materiali compositi a base di titanio in fibra in carburo di silicio hanno una buona resistenza e una resistenza all'ossidazione ad alta temperatura e sono materiali strutturali ideali per motori ad alto rapporto spinta-peso. Sono entrati nella fase di prova dei motori avanzati. Nel campo dell'industria delle armi, i materiali compositi a base di metallo possono essere utilizzati per i proiettili di armo-armatura di sabot che scartano la coda di grande calibro, proiettili anti-elicotteri/anticarro missili multiuso e altre parti per ridurre il peso di la testata e migliorano le capacità di combattimento. 4.3 Compositi a base di ceramica I compositi a base in ceramica sono un termine generale per materiali rinforzati con fibre, baffi o particelle e combinati con matrici ceramiche attraverso un determinato processo composito. Si può vedere che i compositi a base di ceramica sono materiali multifase composti da un componente di seconda fase introdotto in una matrice ceramica. Supera la fragilità intrinseca dei materiali ceramici ed è diventato uno degli aspetti più attivi dell'attuale ricerca scientifica dei materiali. I compositi a base di ceramica hanno le caratteristiche di bassa densità, elevata resistenza specifica, buone proprietà termomeccaniche e resistenza agli shock termici e sono uno dei materiali di supporto chiave per il futuro sviluppo dell'industria militare. Sebbene i materiali ceramici abbiano buone prestazioni ad alta temperatura, sono molto fragili. I metodi per migliorare la fragilità dei materiali ceramici includono ingegnosi per il cambiamento di fase, ingegnosi microcrack, inasprimento dei metalli dispersi e restringimento delle fibre continue. I compositi a base di ceramica sono utilizzati principalmente per realizzare valvole per ugelli per i motori a turbina a gas aeromobile, che svolgono un ruolo importante nel migliorare il rapporto spinta-peso dei motori e ridurre il consumo di carburante. 4.4 Compositi di carbonio carbonio I compositi carbonio-carbonio sono compositi composti da rinforzi in fibra di carbonio e matrici di carbonio. I compositi di carbonio carbonio hanno una serie di vantaggi come elevata resistenza specifica, buona resistenza agli shock termici, forte resistenza all'ablazione e prestazioni designabili. Lo sviluppo di materiali compositi di carbonio carbonio è strettamente correlato ai rigorosi requisiti della tecnologia aerospaziale. Dagli anni '80, la ricerca sui materiali compositi di carbonio carbonio è entrata nella fase del miglioramento delle prestazioni e dell'espansione delle applicazioni. Nell'industria militare, l'applicazione più accattivante di materiali compositi di carbonio carbonio è il cappuccio del cono del naso a carbonio antiossidazione e il bordo anteriore della navetta dello spazio e il più grande prodotto di carbonio in carbonio è il freno del freno supersonico aereo. I materiali compositi di carbonio carbonio sono utilizzati principalmente come materiali ablativi e materiali strutturali termici nell'aerospaziale. In particolare, sono usati come tappi del cono del naso di testate missilistiche intercontinentali, ugelli a razzo solidi e bordi leader delle ala delle navette spaziali. Allo stato attuale, la densità dei materiali per ugelli carbonio avanzato è di 1,87 ~ 1,97 g/centimetro cubico e la resistenza alla trazione del cerchio è di 75 ~ 115 MPa. I tappi di fine missili intercontinentali a lungo raggio recentemente sviluppati sono quasi tutti realizzati in materiali compositi di carbonio carbonio. Con lo sviluppo della moderna tecnologia aeronautica, la massa di carichi di aeromobili è in aumento e la velocità di atterraggio del volo sta aumentando, il che pone requisiti più elevati sulla frenata di emergenza degli aeromobili. I materiali compositi di carbonio carbonio sono leggeri, resistenti ad alta temperatura, assorbono grandi quantità di energia e hanno buone proprietà di attrito. Le pastiglie dei freni realizzate sono ampiamente utilizzate in aerei militari ad alta velocità. 5. L'acciaio ad alta resistenza ad alta resistenza è un acciaio in acciaio con resistenza alla snervamento e resistenza alla trazione superiore a 1200 MPa e 1400 MPa rispettivamente. È studiato e sviluppato per soddisfare i requisiti di materiali ad alta specifica resistenza nelle strutture degli aeromobili. A causa dell'espansione dell'applicazione di leghe di titanio e materiali compositi negli aeromobili, la quantità di acciaio utilizzata negli aeromobili è diminuita, ma i componenti chiave portanti su carico su aeromobili sono ancora realizzati in acciaio a forza ultra-alta. Allo stato attuale, l'acciaio a resistenza ultra-ad alta resistenza rappresentativa a livello internazionale è un tipico acciaio per l'atterraggio di atterraggio dell'aeromobile. Inoltre, l'acciaio ad alta resistenza ad alta resistenza a bassa lega D6AC è un tipico materiale di involucro del motore a razzo solido. La tendenza allo sviluppo dell'acciaio ad altissima resistenza è quella di migliorare continuamente la resistenza alla corrosione della durezza e dello stress garantendo al contempo una forza ultra-alta. 6. Leghe ad alta temperatura avanzate le leghe ad alta temperatura sono materiali chiave per i sistemi di energia aerospaziale. Le leghe ad alta temperatura sono leghe che possono resistere a determinate sollecitazioni ad alte temperature di 600 ~ 1200 gradi e avere una resistenza all'ossidazione e alla corrosione. Sono i materiali preferiti per i dischi a turbina a motore aerospaziale. Secondo i diversi componenti della matrice, le leghe ad alta temperatura sono divise in tre categorie: a base di ferro, a base di nichel e a base di cobalto. Prima degli anni '60, i dischi di turbina del motore venivano realizzati in leghe ad alta temperatura forgiate, con gradi tipici A286 e Inconel 718. Negli anni '70, GE degli Stati Uniti usava la polvere rapida solidificata in lega per produrre dischi di turbina del motore CFM56, che aumentarono notevolmente Il suo rapporto di spinta-peso e ha aumentato significativamente la sua temperatura operativa. Da allora, i dischi di turbina di metallurgia in polvere si sono sviluppati rapidamente. Recentemente, gli Stati Uniti hanno adottato un disco di turbina in lega ad alta temperatura prodotta da un processo di solidificazione rapida della deposizione di spruzzo. Rispetto alle leghe ad alta temperatura in polvere, il processo è semplice, il costo è ridotto e ha buone prestazioni di elaborazione della forgiatura. È una tecnologia di preparazione con un grande potenziale di sviluppo. 7. Tungsteno in lega di tungsteno ha il più alto punto di fusione tra i metalli. Il suo eccezionale vantaggio è che l'elevato punto di fusione porta al materiale una buona resistenza ad alta temperatura e resistenza alla corrosione e ha mostrato eccellenti caratteristiche nell'industria militare, specialmente nella produzione di armi. Nel settore delle armi, viene utilizzato principalmente per realizzare testate di vari proiettili che piegano le armature. Le leghe di tungsteno perfezionano i granuli dei materiali e allungano l'orientamento dei cereali attraverso la tecnologia di pretrattamento delle polveri e la grande tecnologia di rafforzamento della deformazione, migliorando così la durezza e la potenza di penetrazione dei materiali. Il materiale core di tungsteno del proiettile per armorizzatura 125ⅱ per i principali carri armati di battaglia sviluppati nel mio paese è W-Ni-Fe. Adotta un processo di sinterizzazione compatta a densità variabile e le prestazioni medie raggiungono una resistenza alla trazione di 1200 MPa e un allungamento di oltre il 15%. L'indice tecnico di combattimento è quello di penetrare nell'armatura in acciaio omogenea spesso 600 mm a una distanza di 2000 metri. Allo stato attuale, le leghe di tungsteno sono ampiamente utilizzate nei principali serbatoi di battaglia con proiettili di armo-armatura delle forme di aspetto elevato, proiettili di armature per armature per la difesa dell'aria piccola e media e proiettili di armatura cinetica per l'energia cinetica. Questo fa sì che vari proiettili che piegano l'armatura abbiano un potere di penetrazione più potente. 8. Composti intermetallici I composti intermetallici hanno strutture di superlattice ordinate a lungo raggio e mantengono un forte legame di legame metallico, che offre loro molte proprietà fisiche e chimiche speciali e proprietà meccaniche. I composti intermetallici hanno un'eccellente resistenza termica e sono diventati un nuovo importante materiale strutturale ad alta temperatura che è stato attivamente studiato in patria e all'estero negli ultimi anni. Nell'industria militare, i composti intermetallici sono stati utilizzati per produrre parti che portano carichi di calore, come le lame del motore a turbina a gas JT90 prodotte dalla società americana PUAO, le lame del rotore di piccoli motori aeronautici fabbricati dall'aeronautica statunitense usando il titanio in alluminio, ecc., e la Russia utilizza composti intermetallici in alluminio in titanio invece di leghe resistenti al calore come top pistone, il che migliora notevolmente le prestazioni del motore. Nel campo dell'industria delle armi, il materiale della turbina del compressore del motore del serbatoio è la lega ad alta temperatura a base di nichel K18. A causa della sua elevata gravità specifica e di una grande inerzia di partenza, influisce sulle prestazioni di accelerazione del serbatoio. L'applicazione di composti intermetallici in alluminio in titanio e i loro prodotti di ossidazione ha notevolmente migliorato le prestazioni del serbatoio.