16 Нови военни материали

Новите военни материали са материалната основа за ново поколение оръжия и техника, а също така са ключови технологии във военната област в съвременния свят. Технологията за нови военни материали е нова технология за материали, използвана във военната област. Това е ключът към съвременните сложни оръжия и оборудване и важна част от високите военни технологии. Страните по света отдават голямо значение на разработването на нови технологии за военни материали. Ускоряването на разработването на нови технологии за военни материали е важна предпоставка за запазване на военното лидерство.

Статус на приложение на нови военни материали

Новите военни материали могат да бъдат разделени на две категории: структурни материали и функционални материали според тяхната употреба. Те се използват главно в авиационната индустрия, космическата индустрия, оръжейната индустрия и корабостроителната индустрия.

Алуминиева сплав

Алуминиевата сплав винаги е била най-широко използваният метален структурен материал във военната индустрия. Алуминиевата сплав има характеристиките на ниска плътност, висока якост и добра производителност на обработка. Като структурен материал, поради отличната си производителност на обработка, той може да бъде направен в профили, тръби, високо подсилени плочи и т.н. с различни напречни сечения, за да се използва напълно потенциалът на материала и да се подобрят компонентите. Твърдост и здравина. Следователно алуминиевата сплав е предпочитаният лек структурен материал за леки оръжия.

В авиационната индустрия алуминиевите сплави се използват главно за производство на обшивки на самолети, прегради, дълги греди и декоративни щанги. В космическата индустрия алуминиевите сплави са важни материали за структурни части на ракети носители и космически кораби. В областта на оръжията успешно се използват алуминиеви сплави. Използва се широко в бойни превозни средства на пехотата и бронирани транспортни средства. Наскоро разработената стойка за гаубица също използва голям брой нови материали от алуминиева сплав.

Използването на алуминиеви сплави в космическата индустрия е намаляло през последните години, но те остават един от основните структурни материали във военната индустрия. Тенденцията за развитие на алуминиевите сплави е стремежът към висока чистота, висока якост, висока якост и устойчивост на висока температура. Алуминиевите сплави, използвани във военната индустрия, включват главно алуминиево-литиеви сплави, алуминиево-медни сплави (серия 2000) и алуминиево-цинкови и магнезиеви сплави (серия 7000).

Нови алуминиево-литиеви сплави се използват в авиационната индустрия и се прогнозира, че теглото на самолетите ще намалее с 8 до 15%; алуминиево-литиеви сплави също ще станат кандидат-структурни материали за аерокосмически превозни средства и корпуси на тънкостенни ракети. С бързото развитие на космическата индустрия фокусът на изследванията на алуминиево-литиеви сплави все още е върху решаването на проблемите с лошата якост в посоката на дебелината и намаляването на разходите.

Магнезиева сплав

Като най-лекият инженерен метален материал, магнезиевата сплав има серия от уникални свойства като леко специфично тегло, висока специфична якост и специфична твърдост, добра амортизация и топлопроводимост, силна електромагнитна екранираща способност и добри свойства за гасене на вибрации, което до голяма степен отговаря на нуждите на нуждите на космическото пространство, съвременните оръжия и оборудване и други военни области.

Магнезиевите сплави имат много приложения във военно оборудване, като например рамки на седалки на танкове, огледала на командира, огледала на стрелец, кутии на скоростни кутии, седалки на филтри на двигателя, входящи и изходящи тръби за вода, седалки на разпределители на въздух, корпуси на маслени помпи, корпуси на водни помпи, маслени топлообменници, корпуси на маслени филтри, капаци на клапани, респиратори и други части за превозни средства; тактически противовъздушни отбранителни ракетни отделения и обшивки на елерони, стенни панели, подсилени рамки, плочи на кормилото, разделителни рамки и други части за боеприпаси Arrow; изтребители, бомбардировачи, хеликоптери, транспортни самолети, бордови радари, ракети земя-въздух, ракети-носители, изкуствени спътници и други компоненти на космически кораби. Магнезиевите сплави са с ниско тегло, имат добра специфична якост и твърдост, добро потискане на вибрациите, силни електромагнитни смущения и силни екраниращи способности, които могат да отговорят на изискванията на военните продукти за намаляване на теглото, поглъщане на шума, поглъщане на удари и защита от радиация. Той заема много важна позиция в аерокосмическата и националната отбранителна конструкция и е ключов структурен материал, необходим за оръжия и оборудване като самолети, сателити, ракети и изтребители и танкове.

Титаниева сплав

Титановата сплав има висока якост на опън (441~1470MPa), ниска плътност (4,5g/cm³), отлична устойчивост на корозия и определена устойчивост на висока температура и добра устойчивост на ниска температура при 300~550 градуса. Издръжлив на удар, той е идеален лек структурен материал. Титановата сплав има функционалните характеристики на свръхпластичност. Използвайки технология за суперпластично формоване и дифузионно свързване, сплавта може да бъде направена в продукти със сложни форми и точни размери с много малко потребление на енергия и материал.

Приложението на титанови сплави в авиационната индустрия е главно за направата на структурни части на фюзелажа на самолети, колесник, опорни греди, компресорни дискове на двигатели, лопатки и стави; в космическата индустрия титановите сплави се използват главно за направата на носещи компоненти и рамки. , газови бутилки, съдове под налягане, корпуси на турбопомпи, корпуси и дюзи на ракетни двигатели с твърдо гориво и други части. В началото на 50-те години индустриалният чист титан започва да се използва в някои военни самолети за производство на структурни части като топлинни щитове на задната част на фюзелажа, капаци на опашката и скоростни спирачки; през 60-те години на миналия век приложението на титаниеви сплави в конструкциите на самолетите се разширява, за да включва плъзгащи се валцувани клапи. , носещи прегради, греди на колесника и други основни конструкции, носещи напрежение; от 1970 г. използването на титанови сплави във военни самолети и двигатели се е увеличило бързо, разширявайки се от изтребители до големи военни бомбардировачи и транспортни самолети. Използва се на самолети F14 и F15. Използването представлява 25% от структурното тегло, а използването на двигателите F100 и TF39 достига съответно 25% и 33%; след 80-те години на миналия век материалите от титанови сплави и технологията на процеса са достигнали по-нататъшно развитие и един самолет B1B изисква 90 402 килограма титан. Сред съществуващите аерокосмически титанови сплави най-широко използваната е многофункционалната сплав тип a+b Ti-6Al-4V. През последните години Западът и Русия последователно разработиха два нови вида титанови сплави. Те са титанови сплави с висока якост, висока якост, заваряемост и добра формоспособност и титанови сплави с висока температура, висока якост и забавяне на горенето. Тези две усъвършенствани титанови сплави ще играят важна роля в бъдещата космическа индустрия. има добри перспективи за приложение.

С развитието на съвременната война армията се нуждае от многофункционална усъвършенствана гаубична система с висока мощност, голям обсег, висока точност и възможности за бърза реакция. Една от ключовите технологии на усъвършенстваната гаубична система е технологията на новите материали. Олекотяването на материалите за самоходни артилерийски кули, компоненти и леки метални бронирани машини е неизбежна тенденция в развитието на оръжията. С предпоставката за осигуряване на динамика и защита, титаниевите сплави се използват широко в армейските оръжия. Използването на титаниева сплав за дулната спирачка на артилерията 155 може не само да намали теглото, но и да намали деформацията на артилерийската цев, причинена от гравитацията, ефективно подобрявайки точността на стрелба; някои сложни форми на основните бойни танкове и хеликоптерно-противотанкови многоцелеви ракети Компонентите могат да бъдат направени от титаниева сплав, която може не само да отговори на изискванията за производителност на продукта, но и да намали разходите за обработка на частите.

Дълго време в миналото приложението на титанови сплави е било силно ограничено поради високите производствени разходи. През последните години страните по света активно разработват евтини титанови сплави, за да намалят разходите, като същевременно подобрят работата на титановите сплави. В моята страна производствените разходи за титанови сплави все още са относително високи. Тъй като количеството титанови сплави постепенно нараства, търсенето на по-ниски производствени разходи е неизбежна тенденция в развитието на титанови сплави.

Композитни материали

4.1 Композитни материали на основата на смола

Композитните материали на основата на смола имат добра обработваемост при формоване, висока специфична якост, висок специфичен модул, ниска плътност, устойчивост на умора, абсорбция на удари, устойчивост на химическа корозия, добри диелектрични свойства и ниска топлопроводимост. Висока ефективност и други характеристики, той се използва широко във военната индустрия. Композитните материали на основата на смола могат да бъдат разделени на две категории: термореактивни и термопластични. Композитните материали на базата на термореактивна смола са вид композитни материали, които използват различни термореактивни смоли като матрица и добавят различни усилващи влакна; докато термопластичните смоли са вид линейни полимерни съединения, които могат да бъдат разтворени в разтворители или в. Той омеква и се стопява във вискозна течност при нагряване и се втвърдява в твърдо вещество при охлаждане. Композитните материали на базата на смола имат отлични цялостни свойства, процесът на приготвяне е лесен за изпълнение и суровините са в изобилие. В авиационната индустрия композитни материали на основата на смола се използват за производство на крила на самолети, фюзелажи, канарди, хоризонтални опашки и външни канали на двигатели; в космическата област, композитните материали на основата на смола са не само важни материали за кормила, радари и въздухозаборници, но също така могат да се използват за производство на изолационната обвивка на горивната камера на твърдия ракетен двигател и също така могат да се използват като устойчив на аблация топлоустойчив материал за дюзата на двигателя. Новите композитни материали от цианатна смола, разработени през последните години, имат предимствата на силна устойчивост на влага, добри микровълнови диелектрични свойства и добра стабилност на размерите. Те се използват широко в производството на аерокосмически структурни части, първични и вторични носещи структурни части на самолети и радарни обтекатели.

4.2 Метални матрични композити

Композитните материали с метална матрица имат висока специфична якост, висок специфичен модул, добра производителност при висока температура, нисък коефициент на термично разширение, добра стабилност на размерите и отлична електрическа и топлопроводимост и са широко използвани във военната индустрия. Алуминият, магнезият и титанът са основните матрици на композитите с метална матрица. Подсилващите материали могат да бъдат разделени на три категории: влакна, частици и мустаци. Сред тях подсилените с частици алуминиеви матрични композити са влезли в проверката на моделите, като например използвани в изтребители F-16. Коремната перка заменя алуминиевата сплав и нейната твърдост и продължителност на живота са значително подобрени. Подсилените с въглеродни влакна алуминиеви и композитни материали на базата на магнезий не само имат висока специфична якост, но също така имат коефициент на термично разширение, близък до нула, и добра стабилност на размерите. Те са успешно използвани за направата на скоби за изкуствени сателити, планарни антени с L-обхват, космически телескопи и изкуствени спътници. Параболични антени и др.; Композитните материали с алуминиева матрица, подсилени с частици от силициев карбид, имат добра производителност при висока температура и характеристики против износване и могат да се използват за направата на компоненти на ракети и ракети, компоненти на инфрачервени и лазерни системи за насочване, устройства за прецизна авионика и др.; Подсилена с влакна от силициев карбид титаниева матрица Композитните материали имат добра устойчивост на висока температура и устойчивост на окисляване и са идеални структурни материали за двигатели с високо съотношение на тяга към тегло. Те вече са навлезли в етапа на тестване на усъвършенствани двигатели. В областта на оръжейната промишленост композитните материали с метална матрица могат да се използват в бронебойни саботове със стабилизирана опашка с голям калибър, корпуси на твърди двигатели на многоцелеви ракети за противохеликоптерни/противотанкови ракети и други компоненти за намаляване на теглото на бойната глава и подобряване на бойните способности.

4.3 Композитни материали с керамична матрица

Композитните материали с керамична матрица са общ термин за материали, които използват влакна, нишки или частици като подсилвания и се комбинират с керамична матрица чрез определен композитен процес. Може да се види, че композитните материали с керамична матрица въвеждат втора фаза в керамичната матрица. Многофазните материали, съставени от компоненти, преодоляват присъщата крехкост на керамичните материали и са се превърнали в най-активния аспект в настоящите научни изследвания в областта на материалите. Композитните материали с керамична матрица имат характеристиките на ниска плътност, висока специфична якост, добри термомеханични свойства и устойчивост на термичен удар. Те са един от основните спомагателни материали за бъдещото развитие на военната индустрия. Въпреки че керамичните материали имат добри свойства при висока температура, те също са крехки. Методите за подобряване на крехкостта на керамичните материали включват закаляване с промяна на фазата, закаляване с микропукнатини, закаляване с дисперсен метал и закаляване с непрекъснати влакна. Композитните материали с керамична матрица се използват главно за направата на клапани на дюзите на самолетни газови турбини, които играят важна роля за подобряване на съотношението тяга към тегло на двигателя и намаляване на разхода на гориво.

4.4 Въглерод-въглеродни композити

Композитните материали въглерод-въглерод са композитни материали, съставени от армировка от въглеродни влакна и въглеродна матрица. Композитните материали въглерод-въглерод имат серия от предимства като висока специфична якост, добра устойчивост на термичен удар, силна устойчивост на аблация и проектируема производителност. Развитието на въглерод-въглеродни композитни материали е тясно свързано с взискателните изисквания на космическата технология. От 80-те години на миналия век изследванията върху композитните материали въглерод-въглерод навлязоха в етап на подобряване на производителността и разширяване на приложенията. Във военната индустрия най-привличащите вниманието приложения на въглерод-въглеродните композитни материали са антиокислителните въглеродно-въглеродни носови конусни капачки и предните ръбове на крилата на космическите совалки. Най-големият въглерод-въглероден продукт са спирачните накладки на свръхзвукови самолети. Въглерод-въглеродните композитни материали се използват главно като аблационни материали и термични структурни материали в космическото пространство. По-конкретно, те се използват като носови конусни капачки за бойни глави на междуконтинентални ракети, дюзи на ракети с твърдо гориво и предни ръбове на крилата на космическите совалки. Плътността на тока на усъвършенстваните материали за въглеродни дюзи е 1,87~1,97 g/cm3, а якостта на опън на обръча е 75~115 MPa. Крайните капачки на наскоро разработените междуконтинентални ракети с голям обсег почти всички използват въглерод-въглеродни композитни материали.

С развитието на съвременните авиационни технологии товарната маса на самолетите продължава да се увеличава и скоростта на кацане на полета продължава да се увеличава, което поставя по-високи изисквания за аварийното спиране на самолетите. Въглерод-въглеродните композитни материали са леки, устойчиви на високи температури, абсорбират големи количества енергия и имат добри свойства на триене. Те се използват широко във високоскоростни военни самолети за производство на спирачни накладки.

ултра висока якост на стомана

Стоманата със свръхвисока якост е стомана с граница на провлачване и якост на опън, надвишаващи съответно 1200 MPa и 1400 MPa. Той е проучен и разработен, за да отговори на изискванията за материали с висока специфична якост за конструкции на самолети. Поради разширяването на използването на титанови сплави и композитни материали в самолетите, количеството стомана, използвана в самолетите, е намаляло, но ключовите носещи компоненти на самолетите все още са направени от стомана с ултрависока якост. Понастоящем международно представителната нисколегирана ултра-високоякостна стомана 300M е типична стомана за колесник на самолети. В допълнение, нисколегираната ултра-високоякостна стомана D6AC е типичен материал за корпуса на твърдия ракетен двигател. Тенденцията на развитие на стоманата със свръхвисока якост е непрекъснато да се подобрява якостта и устойчивостта на корозия при напрежение, като същевременно се гарантира свръхвисока якост.

Усъвършенствани високотемпературни сплави

Високотемпературните сплави са ключови материали за авиационни енергийни системи. Високотемпературните сплави са сплави, които могат да издържат на определено напрежение при високи температури от 600 ~ 1200 градуса и имат антиокислителни и антикорозионни способности. Те са предпочитаните материали за турбинни дискове на аерокосмически двигатели. Според различните компоненти на матрицата, високотемпературните сплави се разделят на три категории: на основата на желязо, на основата на никел и на основата на кобалт. Дисковете на турбините на двигателите са направени от ковани високотемпературни сплави до 60-те години на миналия век. Типичните класове включват A286 и Inconel 718. През 70-те години на миналия век американската компания GE използва бързо втвърдяваща се прахообразна сплав Rene95, за да направи диска на турбината на двигателя CFM56, което значително увеличи съотношението му тяга към тегло. , работната температура се повишава значително. Оттогава турбинните дискове в праховата металургия се развиват бързо. Наскоро Съединените щати приеха процес на бързо втвърдяване чрез нанасяне на спрей за производство на турбинни дискове от високотемпературна сплав. В сравнение с прахообразните високотемпературни сплави, процесът е прост, цената е намалена и има добра производителност при обработка на коване. Това е технология за приготвяне с голям потенциал за развитие.

Волфрамова сплав

Волфрамът има най-високата точка на топене сред металите. Неговото изключително предимство е, че високата му точка на топене осигурява добра якост при висока температура и устойчивост на корозия на материала. Той показа отлични характеристики във военната индустрия, особено в производството на оръжия. В оръжейната индустрия се използва основно за направата на бойни глави на различни бронебойни снаряди. Волфрамовата сплав използва технология за предварителна обработка на прах и технология за укрепване с голяма деформация, за да усъвършенства зърната на материала и да удължи ориентацията на зърното, като по този начин подобрява здравината, издръжливостта и силата на проникване на материала. Материалът на волфрамовото ядро ​​на бронебойния снаряд тип 125 II, разработен от нашата страна, е W-Ni-Fe, който приема процес на компактно синтероване с променлива плътност. Средната му производителност достига якост на опън от 1200 MPa, удължение от повече от 15% и боен технически индекс от 2, 000 метра. Пробива хомогенна стоманена броня с дебелина 600 мм. Понастоящем волфрамовата сплав се използва широко като основен материал за основния боен танк бронебойни снаряди с голямо съотношение на страните, малки и среднокалибрени противовъздушни бронебойни снаряди и ултрависокоскоростни бронебойни снаряди с кинетична енергия, които прави различни бронебойни снаряди с по-мощна пробивна сила.

интерметални съединения

Интерметалните съединения имат подредени суперрешетъчни структури на далечни разстояния и поддържат силни метални връзки, което им придава много специални физични, химични и механични свойства. Интерметалните съединения имат отлична термична якост и се превърнаха във важни нови високотемпературни структурни материали, активно изучавани у дома и в чужбина през последните години. Във военната индустрия интерметалните съединения се използват за производство на части, които издържат на термични натоварвания. Например базираната в САЩ компания Puau произвежда лопатки на газови турбини JT90, ВВС на САЩ използват титан-алуминий за направата на роторни лопатки на двигатели на малки самолети и т.н., а Русия използва титан. Интерметалните съединения на алуминия заменят топлоустойчивите сплави като корони на буталата , което значително подобрява работата на двигателя. В областта на оръжейната промишленост, материалът на турбината на нагнетателя на резервоарния двигател е високотемпературна сплав на базата на никел K18, която влияе върху производителността на ускорението на резервоара поради голямото му специфично тегло и стартова инерция. Титан-алуминиевите интерметални съединения и техните компоненти са направени от алуминиев оксид и влакна от силициев карбид. Подобреният композитен лек и топлоустойчив нов материал може значително да подобри стартовите характеристики на танка и да подобри неговата оцеляване на бойното поле. В допълнение, интерметалните съединения могат да се използват и в различни топлоустойчиви компоненти за намаляване на теглото и подобряване на показателите за надеждност и бойни характеристики.

структурна керамика

Керамичните материали са най-бързо развиващите се високотехнологични материали в света днес. Те са се развили от еднофазна керамика до многофазна композитна керамика. Структурните керамични материали имат добри перспективи за приложение във военната индустрия поради многото си отлични свойства като устойчивост на висока температура, ниска плътност, устойчивост на износване и нисък коефициент на топлинно разширение.

През последните години е проведена обширна изследователска работа върху структурна керамика за военни двигатели у нас и в чужбина. Например, малки турбини за компресори на двигатели са пуснати в практическа употреба; Съединените щати имат вградени керамични плочи в горната част на буталото, което значително увеличи експлоатационния живот на буталото и също така подобри топлинната ефективност на двигателя. Германия поставя керамични компоненти в изпускателния отвор, за да подобри ефективността на изпускателния отвор. Втулката на буталото и втулката на цилиндъра на миниатюрния хладилник Stirling на чуждестранни инфрачервени термовизионни камери са изработени от керамични материали с продължителност на живот до 2, 000 часа; мощността на ракетния жироскоп се доставя от барутен газ, но остатъкът от барут в газа има отрицателно въздействие върху жироскопа. Тежки щети. За да се премахнат остатъците в газа и да се подобри точността на попадението на ракетата, е необходимо да се проучат керамичните филтърни материали, подходящи за ракетен барутен газ, работещ при 2000 градуса. В областта на оръжейната промишленост структурната керамика се използва широко в компресорни турбини на двигатели на основни бойни танкове, горни части на буталата, инкрустации на изпускателните отвори и т.н., и са ключови материали за нови оръжия и оборудване. В момента изискването за радиочестота на картечниците с калибър 20-30 mm достига повече от 1200 изстрела в минута, което прави аблацията на цевта изключително сериозна. Високата точка на топене и химическата стабилност на керамиката при висока температура се използват за ефективно потискане на тежката аблация на барел. Керамичните материали имат висока устойчивост на натиск и устойчивост на пълзене. Чрез разумен дизайн керамичните материали могат да поддържат триизмерно състояние на компресия и да преодолеят своята крехкост. , за да се гарантира безопасното използване на керамичните облицовки.