Revisión del estado de la aplicación y las tendencias de desarrollo de 16 materiales militares principales （1）

La tecnología de materiales siempre ha sido un campo muy importante en los planes de desarrollo científico y tecnológico de los países de todo el mundo. Junto con la tecnología de la información, la biotecnología y la tecnología de energía, se reconoce como una alta tecnología que cubre la situación general de la humanidad en la sociedad actual y durante un período de tiempo considerable en el futuro. Materiales La alta tecnología también es la tecnología clave de la industria moderna que respalda la civilización humana actual, y también es la base material más importante para la defensa nacional de un país. La industria de defensa es a menudo el usuario prioritario de los logros de tecnología de nuevos materiales, y la investigación y el desarrollo de la tecnología de nuevos materiales juegan un papel decisivo en el desarrollo de la industria de defensa y las armas y los equipos.

La importancia estratégica de los nuevos materiales militares, los nuevos materiales militares son la base material de una nueva generación de armas y equipos, y también son tecnologías clave en el campo militar del mundo actual. La tecnología militar de nuevos materiales es una nueva tecnología material utilizada en el campo militar, que es la clave de las armas y equipos sofisticados modernos y una parte importante de la alta tecnología militar. Los países de todo el mundo han otorgado una gran importancia al desarrollo de la nueva tecnología de materiales militares. Acelerar el desarrollo de la nueva tecnología de materiales militares es un requisito previo importante para mantener el liderazgo militar.

Estado de aplicación de los nuevos materiales militares nuevos materiales militares se pueden dividir en dos categorías: materiales estructurales y materiales funcionales de acuerdo con sus usos. Se utilizan principalmente en la industria de la aviación, la industria aeroespacial, la industria de las armas y la industria de la construcción naval.
Materiales estructurales militares 1. Aleación de aleación de aluminio La aleación de aluminio siempre ha sido el material estructural de metal más utilizado en la industria militar. La aleación de aluminio tiene las características de baja densidad, alta resistencia y buen rendimiento de procesamiento. Como material estructural, se puede convertir en perfiles, tuberías, placas de alto ribete de varias secciones transversales debido a su excelente rendimiento de procesamiento, a fin de dar juego completo al potencial del material y mejorar la rigidez y la resistencia de los componentes . Por lo tanto, la aleación de aluminio es el material estructural ligero preferido para el arma de peso ligero. En la industria de la aviación, la aleación de aluminio se utiliza principalmente para fabricar pieles de aviones, mamparos, vigas largas y barras de perfección; En la industria aeroespacial, la aleación de aluminio es un material importante para vehículos de lanzamiento y piezas estructurales de naves espaciales. En el campo de las armas, la aleación de aluminio se ha utilizado con éxito en vehículos de lucha contra la infantería y vehículos de transporte blindado. Las monturas de armas obús recientemente desarrolladas también utilizan una gran cantidad de nuevos materiales de aleación de aluminio. En los últimos años, el uso de la aleación de aluminio en la industria aeroespacial ha disminuido, pero sigue siendo uno de los principales materiales estructurales en la industria militar. La tendencia de desarrollo de las aleaciones de aluminio es buscar alta pureza, alta resistencia, alta resistencia y alta resistencia a la temperatura. Las aleaciones de aluminio utilizadas en la industria militar incluyen principalmente aleaciones de aluminio-litio, aleaciones de aluminio-cobre (serie 2000) y aleaciones de aluminio-zinc-magnesio (serie 7000). Las nuevas aleaciones de aluminio-litio se utilizan en la industria de la aviación, y se predice que el peso de la aeronave disminuirá en un 8 ~ 15%; Las aleaciones de litio de aluminio también se convertirán en materiales estructurales candidatos para la nave espacial y las cáscaras de misiles de paredes delgadas. Con el rápido desarrollo de la industria aeroespacial, el enfoque de investigación de las aleaciones de litio de aluminio sigue siendo para resolver el problema de la mala resistencia en la dirección del grosor y reducir los costos. 2. Las aleaciones de magnesio como el material metálico de ingeniería más ligero, las aleaciones de magnesio tienen una serie de propiedades únicas, como la gravedad específica de la luz, la alta resistencia específica y la rigidez específica, la buena amortiguación y la conductividad térmica, la fuerte capacidad de protección electromagnética y la buena reducción de vibraciones, que son muy Satisfacer las necesidades de los campos militares como aeroespacial, armas modernas y equipos. Las aleaciones de magnesio se usan ampliamente en equipos militares, como marcos de asientos de tanque, espejos de comandante, espejos de artillería, alojamientos de la caja de cambios, asientos de filtro de motor, tuberías de entrada y salida de agua, asientos de distribuidores de aire, alojamientos de bombas de aceite, alojamientos de bombas de agua, intercambiadores de calor de aceite, intercambiadores de calor, intercambiadores de calor, intercambiadores de calor, intercambiadores de calor, intercambiadores de calor. carcasas de filtro de aceite, cubiertas de válvulas, respiradores y otras piezas de vehículos; Compartimentos de soporte de misiles de defensa aérea táctica y pieles de alerón, paneles de pared, marcos de refuerzo, placas de timón, mamparos y otras partes de misiles; Jets de combate, bombarderos, helicópteros, aviones de transporte, radares en el aire, misiles superficiales, vehículos de lanzamiento, satélites y otros componentes de la nave espacial. Las aleaciones de magnesio tienen un peso ligero, buenos en resistencia y rigidez específicas, buena reducción de vibraciones, interferencia electromagnética y capacidades de blindaje fuertes, que pueden cumplir con los requisitos de los productos militares para la reducción del peso, la absorción de ruido, la absorción de choques y la protección de la radiación. Ocupa una posición muy importante en la construcción aeroespacial y de defensa nacional, y es un material estructural clave requerido para aviones, satélites, misiles, combatientes, tanques y otros armas y equipos. 3. Aleación de titanio La aleación de titanio tiene alta resistencia a la tracción (441 ~ 1470MPA), baja densidad (4.5 g/cm³), excelente resistencia a la corrosión, cierta resistencia de resistencia a alta temperatura a 300 ~ 550 grados y buena tenacidad a la temperatura, y es un ideal ideal Material estructural liviano. La aleación de titanio tiene las características funcionales de la superplasticidad. Mediante el uso de la tecnología de unión de difusión de formación superplástica, la aleación se puede convertir en productos con formas complejas y dimensiones precisas con poco consumo de energía y material. La aplicación de la aleación de titanio en la industria de la aviación es principalmente para hacer piezas estructurales del fuselaje de aeronaves, tren de aterrizaje, vigas de soporte, discos de compresor del motor, cuchillas y juntas; En la industria aeroespacial, la aleación de titanio se usa principalmente para hacer componentes de carga, marcos, cilindros de gas, recipientes a presión, casquillos de bombas de turbina, carcasas de motor sólido y boquillas y otras partes. A principios de la década de 1950, se usó titanio puro industrial para fabricar escudos de calor, cubiertas de cola, frenos de velocidad y otras partes estructurales del fuselaje trasero en algunos aviones militares; En la década de 1960, la aplicación de aleaciones de titanio en estructuras de aviones se expandió al deslizamiento deslizante, mamparos con carga, vigas del tren de aterrizaje y otras estructuras importantes de carga; Desde la década de 1970, el uso de aleaciones de titanio en aviones y motores militares ha aumentado rápidamente, desde combatientes hasta grandes bombarderos militares y aviones de transporte. Su uso en aviones F14 y F15 representa el 25% del peso estructural, y su uso en los motores F100 y TF39 alcanza el 25% y el 33% respectivamente; Después de la década de 1980, los materiales de aleación de titanio y las tecnologías de procesos han logrado un mayor desarrollo, y un avión B1B requiere 90402 kg de titanio. Entre las aleaciones de titanio existentes para el aeroespacial, la más utilizada es el tipo multi-usos A+B Ti -6 al -4 V aleación. En los últimos años, Occidente y Rusia han desarrollado sucesivamente dos nuevos tipos de aleaciones de titanio, a saber, aleaciones de titanio de alta resistencia, alta tensión, soldable y formable y aleaciones de titanio de alta temperatura, alta resistencia y retardantes. Estas dos aleaciones avanzadas de titanio tienen buenas perspectivas de aplicación en la futura industria aeroespacial.

Con el desarrollo de la guerra moderna, el Ejército necesita un sistema de obús avanzado multifuncional con gran potencia, largo alcance, alta precisión y capacidad de respuesta rápida. Una de las tecnologías clave de los sistemas avanzados de obús es la nueva tecnología de materiales. El liviano de las torretas de artillería autopropulsadas, los componentes y los vehículos blindados de metal ligero es una tendencia inevitable en el desarrollo de armas. Bajo la premisa de garantizar la dinámica y la protección, las aleaciones de titanio se usan ampliamente en armas del ejército. El uso de la aleación de titanio en el freno de retroceso de la artillería 155 no solo puede reducir el peso, sino también reducir la deformación del barril de pistola causada por la gravedad, mejorando efectivamente la precisión del disparo; Algunos componentes de forma compleja en los tanques de batalla principales y los misiles multipropósito de helicópteros y tanques pueden estar hechos de aleación de titanio, lo que no solo puede cumplir con los requisitos de rendimiento del producto, sino también reducir los costos de procesamiento de los componentes. Durante mucho tiempo en el pasado, la aplicación de aleaciones de titanio estuvo muy restringida debido al alto costo de fabricación. En los últimos años, los países de todo el mundo están desarrollando activamente aleaciones de titanio de bajo costo, al tiempo que reducen los costos, también necesitan mejorar el rendimiento de las aleaciones de titanio. En mi país, el costo de fabricación de las aleaciones de titanio sigue siendo relativamente alto. Con el aumento gradual en el uso de aleaciones de titanio, buscar costos de fabricación más bajos es una tendencia inevitable en el desarrollo de aleaciones de titanio. 4. Materiales compuestos 4.1 Materiales compuestos a base de resina Los materiales compuestos a base de resina tienen una buena procesabilidad de formación, alta resistencia específica, alta módulo específico, baja densidad, resistencia a la fatiga, absorción de choques, resistencia a la corrosión química, buenas propiedades dieléctricas, baja conductividad térmica y otros características, y son ampliamente utilizadas en la industria militar. Los materiales compuestos a base de resina se pueden dividir en dos categorías: termoestable y termoplástico. Los materiales compuestos a base de resina termoestable son un tipo de material compuesto que se basa en varias resinas termoestables y se agregan con varias fibras de refuerzo; Mientras que las resinas termoplásticas son un tipo de compuesto de polímero lineal que se puede disolver en solventes, ablandarse y derretirse en un líquido viscoso cuando se calienta y endurecerse en un sólido después del enfriamiento. Los materiales compuestos a base de resina tienen excelentes propiedades integrales, tecnología de preparación fácil y abundantes materias primas. En la industria de la aviación, los materiales compuestos a base de resina se utilizan para fabricar alas de aviones, fuselajes, canardas, colas horizontales y conductos del motor; En el campo aeroespacial, los materiales compuestos a base de resina no solo son materiales importantes para timones, radares e entradas de aire, sino que también pueden usarse para fabricar la cubierta de aislamiento térmico de la cámara de combustión de motores de cohetes sólidos, y también se puede utilizar como Materiales ablativos resistentes al calor para las boquillas del motor. Los nuevos materiales compuestos de resina de cianato desarrollados en los últimos años tienen las ventajas de una fuerte resistencia a la humedad, buenas propiedades dieléctricas de microondas y buena estabilidad dimensional. Se usan ampliamente en la fabricación de piezas estructurales aeroespaciales, partes estructurales de carga primaria y secundaria de las aeronaves y las cubiertas de antena de radar. 4.2 Materiales compuestos a base de metal Los materiales compuestos a base de metal tienen una alta resistencia específica, un módulo específico alto, un buen rendimiento de alta temperatura, un bajo coeficiente de expansión térmica, una buena estabilidad dimensional y una excelente conductividad eléctrica y térmica. Han sido ampliamente utilizados en la industria militar. El aluminio, el magnesio y el titanio son las principales matrices de materiales compuestos a base de metal, y los materiales de refuerzo generalmente se pueden dividir en tres categorías: fibras, partículas y bigotes. Entre ellos, los materiales compuestos a base de aluminio reforzados con partículas han ingresado a la verificación del modelo, como usarse en combatientes F -16 como aletas ventrales en lugar de aleaciones de aluminio, y su rigidez y vida mejoran enormemente. El aluminio reforzado con fibra de carbono y los materiales compuestos a base de magnesio tienen una alta resistencia específica, cerca del coeficiente de expansión térmica cero y una buena estabilidad dimensional, y se usan con éxito para hacer soportes satelitales artificiales, antenas planas de banda L, telescopios espaciales, antenas parabólicas satélites artificiales, en las antenas parabólicas, etc.; Los materiales compuestos a base de aluminio reforzados con partículas de carburo de silicio tienen un buen rendimiento de temperatura y resistencia al desgaste, y pueden usarse para fabricar cohetes, componentes de misiles, componentes del sistema de orientación infrarroja y láser, dispositivos de precisión de aviónica, etc.; Los materiales compuestos a base de titanio reforzados con fibra de carburo de silicio tienen una buena resistencia a la temperatura y resistencia a la oxidación, y son materiales estructurales ideales para motores de relación de empuje / peso altos. Han ingresado a la etapa de prueba de los motores avanzados. En el campo de la industria de las armas, los materiales compuestos a base de metal se pueden usar para proyectiles de perforación de armadura sabot estabilizados con cola de gran calibre, cáscaras de motor sólido de misiles multipropósito antihelicopter/antigüedades y otras partes para reducir el peso del peso de la ojiva y mejorar las capacidades de combate. 4.3 Compuestos a base de cerámica Los compuestos a base de cerámica son un término general para materiales que se refuerzan con fibras, bigotes o partículas y se combinan con matrices de cerámica a través de un cierto proceso compuesto. Se puede ver que los compuestos a base de cerámica son materiales multifásicos compuestos de un componente de segunda fase introducido en una matriz de cerámica. Supera la fragilidad inherente de los materiales cerámicos y se ha convertido en uno de los aspectos más activos de la investigación actual de la ciencia de materiales. Los compuestos basados ​​en cerámica tienen las características de baja densidad, alta resistencia específica, buenas propiedades termomecánicas y resistencia al choque térmico, y son uno de los materiales de apoyo clave para el desarrollo futuro de la industria militar. Aunque los materiales cerámicos tienen un buen rendimiento de alta temperatura, son muy frágiles. Los métodos para mejorar la fragilidad de los materiales cerámicos incluyen endurecimiento por cambio de fase, endurecimiento por microgrieta, endurecimiento de metales dispersos y endurecimiento continuo de fibra. Los compuestos basados ​​en cerámica se utilizan principalmente para hacer válvulas de boquilla para motores de turbina de gas de aviones, que juegan un papel importante en la mejora de la relación empuje a peso de los motores y la reducción del consumo de combustible. 4.4 Compuestos de carbono-carbono Los compuestos de carbono-carbono son compuestos compuestos de refuerzos de fibra de carbono y matrices de carbono. Los compuestos de carbono-carbono tienen una serie de ventajas, como alta resistencia específica, buena resistencia al choque térmico, resistencia fuerte de la ablación y un rendimiento designable. El desarrollo de materiales compuestos de carbono-carbono está estrechamente relacionado con los requisitos estrictos de la tecnología aeroespacial. Desde la década de 1980, la investigación sobre materiales compuestos de carbono-carbono ha entrado en la etapa de mejorar el rendimiento y la expansión de aplicaciones. En la industria militar, la aplicación más llamativa de los materiales compuestos de carbono-carbono es la tapa del cono de carbono de carbono antioxidante y el borde de ataque del ala del transbordador espacial, y el producto de carbono más grande es la pastilla de freno de Supersonic aeronave. Los materiales compuestos de carbono-carbono se utilizan principalmente como materiales ablativos y materiales estructurales térmicos en el aeroespacial. Específicamente, se usan como tapas de cono de nariz de ojivas de misiles intercontinentales, boquillas de cohetes sólidos y bordes de ala de los transbordadores espaciales. En la actualidad, la densidad de los materiales avanzados de boquilla de carbono-carbono es 1.87 ~ 1.97 g/centímetro cúbico, y la resistencia a la tracción del aro es de 75 ~ 115 MPa. Las tapas de final de misiles intercontinentales de largo alcance recientemente desarrolladas están hechas de materiales compuestos de carbono-carbono. Con el desarrollo de la tecnología de aviación moderna, la masa de carga de aviones está aumentando y la velocidad de aterrizaje de vuelo está aumentando, lo que pone más requisitos en el frenado de emergencia de los aviones. Los materiales compuestos de carbono-carbono son livianos, resistentes a la temperatura alta, absorben grandes cantidades de energía y tienen buenas propiedades de fricción. Las pastillas de freno hechas de ellas se usan ampliamente en aviones militares de alta velocidad. 5. Acero de ultra alta resistencia El acero ultra-alta resistencia es un acero con una resistencia de rendimiento y resistencia a la tracción superior a 1200 MPa y 1400 MPa respectivamente. Se investiga y se desarrolla para cumplir con los requisitos de los materiales de alta resistencia específicos en las estructuras de aeronaves. Debido a la expansión de la aplicación de aleaciones de titanio y materiales compuestos en aeronaves, la cantidad de acero utilizada en los aviones ha disminuido, pero los componentes clave de carga en aviones todavía están hechas de acero de ultraligüen de resistencia. En la actualidad, el acero de baja resistencia a la alta aleación de la alta aleación de 300 m es un acero típico para el tren de aterrizaje de aeronaves. Además, el acero de baja aleación de acero D6AC es un material de carcasa de motor de cohete sólido típico. La tendencia de desarrollo del acero de ultra alta resistencia es mejorar continuamente la resistencia y la resistencia a la corrosión del estrés, al tiempo que garantiza la resistencia ultra alta. 6. aleaciones avanzadas de alta temperatura Las aleaciones de alta temperatura son materiales clave para los sistemas de energía aeroespacial. Las aleaciones de alta temperatura son aleaciones que pueden soportar ciertas tensiones a altas temperaturas de 600 ~ 1200 grados y tienen oxidación y resistencia a la corrosión. Son los materiales preferidos para los discos de turbina de motor aeroespacial. Según los diferentes componentes de la matriz, las aleaciones de alta temperatura se dividen en tres categorías: a base de hierro, a base de níquel y a base de cobalto. Antes de la década de 1960, los discos de turbina del motor estaban hechos de aleaciones forjadas de alta temperatura, con los grados típicos de A286 e Inconel 718. En la década de 1970, GE de los Estados Unidos utilizó aleación de polvo RENE95 de polvo rápidamente solidificada para hacer discos de turbina del motor CFM56, lo que aumentó en gran medida. Su relación empuje a peso y aumentó significativamente su temperatura de funcionamiento. Desde entonces, los discos de turbina de metalurgia en polvo se han desarrollado rápidamente. Recientemente, Estados Unidos ha adoptado un disco de turbina de aleación de alta temperatura fabricado por un proceso de solidificación rápida de depósito de aerosol. En comparación con las aleaciones de alta temperatura en polvo, el proceso es simple, el costo se reduce y tiene un buen rendimiento de procesamiento de falsificación. Es una tecnología de preparación con un gran potencial de desarrollo. 7. El tungsteno de aleación de tungsteno tiene el punto de fusión más alto entre los metales. Su excelente ventaja es que el alto punto de fusión trae una buena resistencia a la alta temperatura y resistencia a la corrosión al material, y ha mostrado excelentes características en la industria militar, especialmente en la fabricación de armas. En la industria de las armas, se usa principalmente para hacer ojivas de varios proyectiles de perforación de armadura. Las aleaciones de tungsteno refinan los granos de los materiales y alargan la orientación de los granos a través de la tecnología de pretratamiento de polvo y una gran tecnología de fortalecimiento de la deformación, mejorando así la dureza y el poder de penetración de los materiales. El material central de tungsteno del proyectil de perforación de armadura de 125ⅱ para los principales tanques de batalla desarrollados en mi país es W-Ni-Fe. Adopta un proceso de sinterización compacto de densidad variable, y el rendimiento promedio alcanza una resistencia a la tracción de 1200 MPa y un alargamiento de más del 15%. El índice técnico de combate es penetrar una armadura de acero homogénea de 600 mm de espesor a una distancia de 2000 metros. En la actualidad, las aleaciones de tungsteno se usan ampliamente en los tanques de batalla principales con proyectiles de perforación de armadura de relación de aspecto grande, proyectiles de perforación de armadura de aire de aire pequeño y medio de calibre y proyectiles de armadura de energía cinética de hipervelocidad. Esto hace que varios proyectiles de perforación de armadura tengan un poder de penetración más potente. 8. Compuestos intermetálicos Los compuestos intermetálicos tienen estructuras de superlatción ordenadas de largo alcance y mantienen un enlace de enlace metálico fuerte, lo que les brinda muchas propiedades físicas y químicas especiales y propiedades mecánicas. Los compuestos intermetálicos tienen una excelente resistencia térmica y se han convertido en un nuevo material estructural de alta temperatura importante que se ha estudiado activamente en el hogar y en el extranjero en los últimos años. En la industria militar, los compuestos intermetálicos se han utilizado para fabricar piezas que tienen cargas de calor, como las cuchillas de motor de turbina de gas JT90 fabricadas por la compañía estadounidense Puao, las hojas de rotor de los motores de aviones pequeños fabricados por la Fuerza Aérea de los Estados Unidos con aluminio Titanium, etc., y Rusia utiliza compuestos intermetálicos de aluminio de titanio en lugar de aleaciones resistentes al calor como tops de pistón, lo que mejora en gran medida el rendimiento del motor. En el campo de la industria de las armas, el material de la turbina sobrealimentadora del motor del tanque es una aleación de alta temperatura a base de níquel K18. Debido a su alta gravedad específica y una gran inercia inicial, afecta el rendimiento de aceleración del tanque. La aplicación de compuestos intermetálicos de aluminio de titanio y sus productos de oxidación ha mejorado enormemente el rendimiento del tanque.