Revisão do status do aplicativo e tendências de desenvolvimento de 16 principais novos materiais militares （1)

A tecnologia de materiais sempre foi um campo muito importante nos planos de desenvolvimento científico e tecnológico dos países ao redor do mundo. Juntamente com a tecnologia da informação, a biotecnologia e a tecnologia de energia, é reconhecida como uma alta tecnologia que cobre a situação geral da humanidade na sociedade de hoje e por um período considerável de tempo no futuro. A alta tecnologia dos materiais também é a principal tecnologia da indústria moderna que apóia a civilização humana de hoje e também é a base material mais importante para a defesa nacional de um país. A indústria de defesa é frequentemente o usuário prioritário de novas conquistas da tecnologia de materiais, e a pesquisa e desenvolvimento da tecnologia de novos materiais desempenha um papel decisivo no desenvolvimento da indústria de defesa e armas e equipamentos.

O significado estratégico dos novos materiais militares novos materiais militares são a base material de uma nova geração de armas e equipamentos e também são tecnologias -chave no campo militar do mundo de hoje. A tecnologia militar de novos materiais é uma nova tecnologia material usada no campo militar, que é a chave para armas e equipamentos sofisticados modernos e uma parte importante da alta tecnologia militar. Os países de todo o mundo atribuíram grande importância ao desenvolvimento de novas tecnologias de materiais militares. Acelerar o desenvolvimento da nova tecnologia de materiais militares é um pré -requisito importante para manter a liderança militar.

O status da aplicação de novos materiais militares novos materiais militares pode ser dividido em duas categorias: materiais estruturais e materiais funcionais de acordo com seus usos. Eles são usados ​​principalmente na indústria da aviação, indústria aeroespacial, indústria de armas e indústria de construção naval.
Materiais estruturais militares 1. A liga de alumínio de alumínio sempre foi o material estrutural de metal mais utilizado na indústria militar. A liga de alumínio tem as características de baixa densidade, alta resistência e bom desempenho de processamento. Como material estrutural, ele pode ser transformado em perfis, tubos, placas de alta cola de várias seções transversais devido ao seu excelente desempenho de processamento, de modo a dar um jogo completo ao potencial do material e melhorar a rigidez e a força dos componentes . Portanto, a liga de alumínio é o material estrutural leve preferido para a arma leve. Na indústria da aviação, a liga de alumínio é usada principalmente para fabricar peles de aeronaves, anteparas, vigas longas e barras de aprimoramento; Na indústria aeroespacial, a liga de alumínio é um material importante para veículos de lançamento e peças estruturais de naves espaciais. No campo das armas, a liga de alumínio foi usada com sucesso em veículos de combate de infantaria e veículos de transporte blindados. As montagens de armas de obus recentemente desenvolvidas também usam um grande número de novos materiais de liga de alumínio. Nos últimos anos, o uso de liga de alumínio na indústria aeroespacial diminuiu, mas ainda é um dos principais materiais estruturais da indústria militar. A tendência de desenvolvimento de ligas de alumínio é buscar alta pureza, alta resistência, alta resistência e alta resistência à temperatura. As ligas de alumínio usadas na indústria militar incluem principalmente ligas de alumínio-lítio, ligas de alumínio-cobre (série 2000) e ligas de alumínio-zinco-magnésio (7000 séries). As novas ligas de alumínio-lítio são usadas na indústria da aviação e prevê-se que o peso da aeronave cairá em 8 a 15%; As ligas de alumínio-lítio também se tornarão materiais estruturais candidatos para naves espaciais e conchas de mísseis de paredes finas. Com o rápido desenvolvimento da indústria aeroespacial, o foco da pesquisa das ligas de alumínio-lítio ainda é resolver o problema de baixa resistência na direção da espessura e reduzir os custos. 2. As ligas de magnésio como o material de metal de engenharia mais leves, as ligas de magnésio têm uma série de propriedades únicas, como gravidade específica da luz, alta resistência específica e rigidez específica, bom amortecimento e condutividade térmica, forte capacidade de blindagem eletromagnética e boa redução de vibração, que bastante Atenda às necessidades de campos militares, como aeroespacial, armas e equipamentos modernos. As ligas de magnésio são amplamente utilizadas em equipamentos militares, como armações de assento do tanque, espelhos do comandante, espelhos de artilheiros, caixas de caixa de engrenagens, assentos de filtro de motor, tubos de entrada de água e tubos de distribuidor de ar, alojamentos da bomba de óleo, alojamentos de bomba de água, trocadores de calor de óleo, Altas do filtro de óleo, tampas de válvula, respiradores e outras peças de veículo; Mísseis de defesa aérea tática Compartimentos e peles de Aileron, painéis de parede, molduras de reforço, placas de leme, anteparas e outras peças de mísseis; Caminhos de caça, bombardeiros, helicópteros, aeronaves de transporte, radares transportados pelo ar, mísseis de superfície ao ar, veículos de lançamento, satélites e outros componentes da nave espacial. As ligas de magnésio são leves em peso, boas em resistência e rigidez específicas, boa em redução de vibração, interferência eletromagnética e forte nas capacidades de blindagem, que podem atender aos requisitos de produtos militares para redução de peso, absorção de ruído, absorção de choques e proteção contra radiação. Ele ocupa uma posição muito importante na construção aeroespacial e na defesa nacional e é um material estrutural -chave necessário para aeronaves, satélites, mísseis, combatentes, tanques e outras armas e equipamentos. 3. Liga de titânio da liga de titânio com alta resistência à tração (441 ~ 1470mpa), baixa densidade (4,5g/cm³), excelente resistência à corrosão, certa resistência à resistência à alta temperatura a 300 ~ 550 graus e boa resistência ao impacto de baixa temperatura e é um ideal Material estrutural leve. A liga de titânio tem as características funcionais da superplasticidade. Usando a tecnologia de ligação de difusão de formação superplásica, a liga pode ser transformada em produtos com formas complexas e dimensões precisas com pouca energia e consumo de material. A aplicação da liga de titânio na indústria da aviação é principalmente fazer peças estruturais de fuselagem de aeronaves, trem de pouso, vigas de suporte, discos de compressores de motor, lâminas e articulações; Na indústria aeroespacial, a liga de titânio é usada principalmente para fabricar componentes, molduras, cilindros de gás, vasos de pressão, cartuchos de bomba de turbina, cartuchos de motores de foguetes sólidos e bicos e outras peças. No início da década de 1950, o titânio puro industrial foi usado para fabricar escudos térmicos, tampas de cauda, ​​freios de velocidade e outras partes estruturais da fuselagem traseira em algumas aeronaves militares; Na década de 1960, a aplicação de ligas de titânio em estruturas de aeronaves expandidas para deslizar as anteparas deslizantes, com carga de carga, vigas do trem de pouso e outras grandes estruturas de carga; Desde a década de 1970, o uso de ligas de titânio em aeronaves e motores militares aumentou rapidamente, de combatentes a grandes bombardeiros militares e aeronaves de transporte. Seu uso nas aeronaves F14 e F15 é responsável por 25% do peso estrutural, e seu uso nos motores F100 e TF39 atinge 25% e 33%, respectivamente; Após a década de 1980, os materiais de liga de titânio e tecnologias de processo alcançaram desenvolvimento adicional, e uma aeronave B1B requer 90402 kg de titânio. Entre as ligas de titânio existentes para aeroespacial, a mais amplamente utilizada é o A+B do tipo multiuso Ti -6 al -4 v liga. Nos últimos anos, o Ocidente e a Rússia desenvolveram sucessivamente dois novos tipos de ligas de titânio, a saber, as altas altas de titânio de alta resistência, de alta tensão, soldáveis ​​e formáveis ​​e ligas de titânio de alta temperatura, de alta resistência e retanos de chamas. Essas duas ligas avançadas de titânio têm boas perspectivas de aplicação na futura indústria aeroespacial.

Com o desenvolvimento da guerra moderna, o Exército precisa de um sistema obus multifuncional avançado, com grande potência, longo alcance, alta precisão e capacidade de resposta rápida. Uma das principais tecnologias dos sistemas obsoletos avançados é a nova tecnologia de materiais. O leve peso de torres, componentes e veículos blindados de metal leve é ​​uma tendência inevitável no desenvolvimento de armas. Sob a premissa de garantir dinâmica e proteção, as ligas de titânio são amplamente utilizadas em armas do exército. O uso da liga de titânio no freio de recuperação de 155 artilharia pode não apenas reduzir o peso, mas também reduzir a deformação do barril de armas causado pela gravidade, melhorando efetivamente a precisão do tiro; Alguns componentes em forma de complexo nos principais tanques de batalha e mísseis multifuncionais de helicóptero e anti-tanque podem ser feitos de liga de titânio, que não podem apenas atender aos requisitos de desempenho do produto, mas também reduzem os custos de processamento dos componentes. Por um longo tempo no passado, a aplicação de ligas de titânio ficou bastante restrita devido ao alto custo de fabricação. Nos últimos anos, os países de todo o mundo estão desenvolvendo ativamente ligas de titânio de baixo custo, enquanto reduzem os custos, eles também precisam melhorar o desempenho das ligas de titânio. No meu país, o custo de fabricação das ligas de titânio ainda é relativamente alto. Com o aumento gradual no uso de ligas de titânio, buscar custos de fabricação mais baixos é uma tendência inevitável no desenvolvimento de ligas de titânio. 4. Materiais compósitos 4.1 Materiais compósitos à base de resina Materiais compósitos à base de resina têm boa processabilidade de formação, alta resistência específica, alto módulo específico, baixa densidade, resistência à fadiga, absorção de choque, resistência a corrosão química, boas propriedades dielétricas, baixa condutividade térmica e outros características e são amplamente utilizadas na indústria militar. Os materiais compostos à base de resina podem ser divididos em duas categorias: termofólio e termoplástico. Materiais compósitos à base de resina termoestiva são um tipo de material composto que é baseado em várias resinas termofícios e adicionado com várias fibras de reforço; Enquanto as resinas termoplásticas são um tipo de composto de polímero linear que pode ser dissolvido em solventes, amolecido e derretido em um líquido viscoso quando aquecido e endurecido em um sólido após o resfriamento. Os materiais compostos baseados em resina têm excelentes propriedades abrangentes, fácil tecnologia de preparação e matérias-primas abundantes. Na indústria da aviação, os materiais compósitos baseados em resina são usados ​​para fabricar asas de aeronaves, fuselagens, canardas, caudas horizontais e dutos de motor; No campo aeroespacial, os materiais compósitos à base de resina não são apenas materiais importantes para lemes, radares e entradas de ar, mas também podem ser usados ​​para fabricar a concha de isolamento térmico da câmara de combustão de motores de foguetes sólidos e também pode ser usado como Materiais ablativos resistentes ao calor para bicos do motor. Os novos materiais compósitos de resina de cianos desenvolvidos nos últimos anos têm as vantagens de forte resistência à umidade, boas propriedades dielétricas de microondas e boa estabilidade dimensional. Eles são amplamente utilizados na fabricação de peças estruturais aeroespaciais, peças estruturais de aeronaves primárias e secundárias e tampas da antena de radar. 4.2 Materiais compósitos à base de metal Materiais compostos à base de metal têm alta resistência específica, módulo alto específico, bom desempenho de alta temperatura, coeficiente de expansão térmica de baixa expansão, boa estabilidade dimensional e excelente condutividade elétrica e térmica. Eles têm sido amplamente utilizados na indústria militar. O alumínio, magnésio e titânio são as principais matrizes de materiais compósitos à base de metal, e os materiais de reforço geralmente podem ser divididos em três categorias: fibras, partículas e bigodes. Entre eles, os materiais compósitos baseados em alumínio reforçados por partículas entraram na verificação do modelo, como usados ​​em combatentes f -16 como barbatanas ventrais em vez de ligas de alumínio, e sua rigidez e vida são bastante aprimoradas. Os materiais compósitos à base de alumínio e magnésio reforçados com fibra de carbono têm alta resistência específica, quase zero coeficiente de expansão térmica e boa estabilidade dimensional, e são usadas com sucesso para fazer suportes de satélite artificiais, antenas planas de banda L, telescópios espaciais, antenas parabólicas de banda L,, L-Band, tennas parabólicas artificiais, a antenas parabólicas da banda L,, etc.; Materiais compósitos à base de alumínio reforçados com partículas de carboneto de silício têm um bom desempenho de alta temperatura e resistência ao desgaste e podem ser usados ​​para fazer foguetes, componentes de mísseis, componentes do sistema de orientação por infravermelho e laser, dispositivos de aviônicos de precisão, etc.; Os materiais compósitos à base de titânio reforçados com fibra de carboneto de silício têm boa resistência à alta temperatura e resistência a oxidação e são materiais estruturais ideais para motores de alta proporção de empuxo-peso. Eles entraram no estágio de teste dos motores avançados. No campo da indústria de armas, materiais compostos à base de metal podem ser usados ​​para projetos de armadura de descarga de cauda de grande calibre, projéteis, anti-helicópteros/anti-tanques de mísseis multiuso-propósito de conchas de motor e outras peças para reduzir o peso de peso de peso de a ogiva e melhorar os recursos de combate. 4.3 Compósitos de cerâmica compostos à base de cerâmica são um termo geral para materiais reforçados com fibras, bigodes ou partículas e combinados com matrizes de cerâmica através de um determinado processo composto. Pode-se observar que os compósitos baseados em cerâmica são materiais multifásicos compostos por um componente de segunda fase introduzido em uma matriz de cerâmica. Ele supera a fragilidade inerente dos materiais cerâmicos e se tornou um dos aspectos mais ativos da pesquisa de ciência material atual. Os compósitos baseados em cerâmica têm as características de baixa densidade, alta resistência específica, boas propriedades termomecânicas e resistência ao choque térmico, e são um dos principais materiais de apoio para o desenvolvimento futuro da indústria militar. Embora os materiais cerâmicos tenham um bom desempenho de alta temperatura, eles são muito quebradiços. Os métodos para melhorar a fragilidade dos materiais de cerâmica incluem resistência à mudança de fase, resistência ao microcrack, endurecimento por metal disperso e endurecimento de fibra contínua. Os compósitos baseados em cerâmica são usados ​​principalmente para fabricar válvulas de bicos para motores de turbinas a gás de aeronaves, que desempenham um papel importante na melhoria da relação impulso-peso dos motores e na redução do consumo de combustível. 4.4 Compósitos de carbono-carbono Os compósitos de carbono-carbono são compósitos compostos com reforços de fibra de carbono e matrizes de carbono. Os compósitos de carbono-carbono têm uma série de vantagens, como alta resistência específica, boa resistência ao choque térmico, forte resistência à ablação e desempenho designável. O desenvolvimento de materiais compostos de carbono-carbono está intimamente relacionado aos requisitos rigorosos da tecnologia aeroespacial. Desde a década de 1980, a pesquisa sobre materiais compósitos de carbono carbono entrou no estágio de melhorar o desempenho e expandir aplicações. Na indústria militar, a aplicação mais atraente de materiais compósitos de carbono-carbono é a tampa do cone do nariz carbono-carbono e a borda da lustre do espacial, e o maior produto de carbono é a pastilha de freio do SuperSonic Aeronave. Os materiais compostos de carbono-carbono são usados ​​principalmente como materiais ablativos e materiais estruturais térmicos no aeroespacial. Especificamente, eles são usados ​​como tampas do cone do nariz de ogivas de mísseis intercontinentais, bocais de foguetes sólidos e bordas líderes de asas dos ônibus espaciais. Atualmente, a densidade de materiais avançados de bicos de carbono de carbono é de 1,87 ~ 1,97 g/centímetro cúbico, e a resistência à tração do aro é de 75 ~ 115 MPa. As tampas de mísseis intercontinentais de longo alcance recentemente desenvolvidas são quase todas feitas de materiais compostos de carbono-carbono. Com o desenvolvimento da tecnologia moderna da aviação, a massa de carregamento de aeronave está aumentando e a velocidade de pouso de vôo está aumentando, o que coloca requisitos mais altos na frenagem de emergência da aeronave. Os materiais compostos de carbono-carbono são resistentes leves e de alta temperatura, absorvem grandes quantidades de energia e têm boas propriedades de atrito. As pastilhas de freio feitas são amplamente utilizadas em aeronaves militares de alta velocidade. 5. O aço ultra-alto de aço de alta alta força é um aço com resistência ao escoamento e resistência à tração superior a 1200 MPa e 1400 MPa, respectivamente. É pesquisado e desenvolvido para atender aos requisitos de altos materiais de força específicos em estruturas de aeronaves. Devido à expansão da aplicação de ligas de titânio e materiais compostos em aeronaves, a quantidade de aço usada em aeronaves diminuiu, mas os principais componentes de carga em aeronaves ainda são feitos de aço de força ultra-alta. Atualmente, o aço de força ultra-alta de baixa alcance representativa internacionalmente é um aço típico para o trem de pouso de aeronaves. Além disso, D6AC de aço de alta altura de baixa altura é um material típico de revestimento de motores de foguete sólido. A tendência de desenvolvimento do aço de força ultra-alta é melhorar continuamente a resistência à tenacidade e a resistência à corrosão do estresse, garantindo força ultra-alta. 6. ligas avançadas de alta temperatura de alta temperatura são materiais-chave para sistemas de energia aeroespacial. As ligas de alta temperatura são ligas que podem suportar certas tensões a altas temperaturas de 600 ~ 1200 graus e ter a oxidação e resistência à corrosão. Eles são os materiais preferidos para discos de turbinas de motores aeroespaciais. De acordo com os diferentes componentes da matriz, as ligas de alta temperatura são divididas em três categorias: baseadas em ferro, baseadas em níquel e baseadas em cobalto. Antes da década de 1960, os discos de turbinas de motor eram feitos de ligas forjadas de alta temperatura, sendo as notas típicas A286 e Inconel 718. Na década de 1970, a GE dos Estados Unidos usou rapidamente a liga de pó rene95 para fazer discos de turbina do motor CFM56, que aumentaram muito aumentados Sua relação de empuxo / peso e aumentou significativamente sua temperatura operacional. Desde então, os discos de turbina metalurgia em pó se desenvolveram rapidamente. Recentemente, os Estados Unidos adotaram um disco de turbina de alta temperatura fabricado por um processo de solidificação rápida de deposição por pulverização. Comparado com ligas de alta temperatura em pó, o processo é simples, o custo é reduzido e possui um bom desempenho de processamento de forjamento. É uma tecnologia de preparação com grande potencial de desenvolvimento. 7. Tunga de tungstênio O tungstênio tem o maior ponto de fusão entre os metais. Sua vantagem excelente é que o alto ponto de fusão traz boa resistência à alta temperatura e resistência à corrosão ao material, e mostrou excelentes características na indústria militar, especialmente na fabricação de armas. Na indústria de armas, ela é usada principalmente para fazer ogivas de vários projéteis com isca de armadura. As ligas de tungstênio refinam os grãos de materiais e alongam a orientação dos grãos através da tecnologia de pré -tratamento em pó e grande tecnologia de fortalecimento da deformação, melhorando assim o poder de resistência e penetração dos materiais. O material central do tungstênio do projétil de armadura de 125ⅱ para os principais tanques de batalha desenvolvido em meu país é W-ni-Fe. Ele adota um processo de sinterização compacta de densidade variável, e o desempenho médio atinge uma resistência à tração de 1200 MPa e um alongamento superior a 15%. O índice técnico de combate é penetrar na armadura de aço homogênea de 600 mm de espessura a uma distância de 2000 metros. Atualmente, as ligas de tungstênio são amplamente utilizadas nos principais tanques de batalha, com projéteis de armadura de grande proporção, projéteis de armadura de defesa de ar de calibre pequeno e médio e projéteis de armadura cinética de energia cinética hipervelocidade. Isso faz com que vários projéteis perfurantes de armadura tenham mais poder de penetração. 8. Compostos intermetálicos compostos intermetálicos têm estruturas de superlattices ordenadas de longo alcance e mantêm fortes ligações de ligação metálica, o que lhes dá muitas propriedades físicas e químicas especiais e propriedades mecânicas. Os compostos intermetálicos têm excelente resistência térmica e se tornaram um novo material estrutural de alta temperatura importante que foi estudado ativamente em casa e no exterior nos últimos anos. Na indústria militar, compostos intermetálicos foram usados ​​para fabricar peças que suportam cargas de calor, como as lâminas de motor a gás a gás JT90 fabricadas pela empresa americana puao, as lâminas de rotor de pequenos motores de aeronaves fabricados pela Força Aérea dos EUA usando alumínio titânio, etc., e a Rússia usa compostos intermetálicos de alumínio de titânio em vez de ligas resistentes ao calor como tops de pistão, o que melhora bastante o desempenho do motor. No campo da indústria de armas, o material da turbina do supercharger de motor de tanque é a liga de alta temperatura baseada em níquel K18. Devido à sua alta gravidade específica e grande inércia inicial, afeta o desempenho da aceleração do tanque. A aplicação de compostos intermetálicos de alumínio de titânio e seus produtos de oxidação melhorou bastante o desempenho do tanque.