16 Нови војни материјали

Нови војни материјали су материјална основа за нову генерацију наоружања и опреме, а такође су и кључне технологије у војној области у данашњем свету. Војна нова технологија материјала је нова технологија материјала која се користи у војној области. То је кључ савременог софистицираног наоружања и опреме и важан део војне високе технологије. Земље широм света придају велики значај развоју нове технологије војног материјала. Убрзање развоја нове технологије војног материјала је важан предуслов за одржавање војног вођства.

Статус примене нових војних материјала

Нови војни материјали се могу поделити у две категорије: конструктивни материјали и функционални материјали према њиховој употреби. Углавном се користе у ваздухопловној индустрији, ваздухопловној индустрији, индустрији оружја и бродоградњи.

Легура алуминијума

Алуминијумска легура је одувек била најраспрострањенији метални конструкцијски материјал у војној индустрији. Алуминијумска легура има карактеристике ниске густине, високе чврстоће и добрих перформанси обраде. Као конструкцијски материјал, због својих одличних перформанси обраде, може се израдити у профиле, цеви, високо ојачане плоче, итд. различитих попречних пресека како би се у потпуности искористио потенцијал материјала и побољшале компоненте. Крутост и снага. Због тога је легура алуминијума преферирани лагани конструкцијски материјал за лако оружје.

У ваздухопловној индустрији, легуре алуминијума се углавном користе за производњу омотача авиона, преграда, дугих греда и украсних шипки. У ваздухопловној индустрији, легуре алуминијума су важни материјали за конструкцијске делове лансирних возила и свемирских летелица. У области наоружања, легуре алуминијума се успешно користе. Широко се користи у борбеним возилима пешадије и оклопним транспортним возилима. Недавно развијени носач хаубице такође користи велики број нових материјала од легура алуминијума.

Употреба легура алуминијума у ​​ваздухопловној индустрији је смањена последњих година, али она остаје један од главних конструктивних материјала у војној индустрији. Тренд развоја алуминијумских легура је тежња за високом чистоћом, високом чврстоћом, високом жилавошћу и отпорношћу на високе температуре. Легуре алуминијума које се користе у војној индустрији углавном укључују легуре алуминијум-литијум, легуре алуминијум-бакар (серија 2000) и легуре алуминијум-цинк-магнезијум (серија 7000).

У авио индустрији се користе нове легуре алуминијум-литијум, а предвиђа се да ће се тежина авиона смањити за 8 до 15%; легуре алуминијум-литијум ће такође постати кандидати за конструкцијске материјале за ваздухопловна возила и танкозидне кућишта ракета. Са брзим развојем ваздухопловне индустрије, фокус истраживања алуминијум-литијум легура је и даље на решавању проблема лоше жилавости у правцу дебљине и смањењу трошкова.

Легура магнезијума

Као најлакши инжењерски метални материјал, легура магнезијума има низ јединствених својстава као што су лагана специфична тежина, висока специфична чврстоћа и специфична крутост, добро пригушење и топлотна проводљивост, јака способност електромагнетне заштите и добра својства пригушења вибрација, што у великој мери задовољава потребе Потребе ваздухопловства, савременог наоружања и опреме и других војних области.

Легуре магнезијума имају много примена у војној опреми, као што су оквири седишта тенкова, ретровизори командира, ретровизори, кућишта мењача, седишта филтера мотора, цеви за довод и одвод воде, седишта за дистрибуцију ваздуха, кућишта пумпи за уље, кућишта пумпи за воду, размењивачи топлоте, кућишта филтера за уље, поклопци вентила, респиратори и други делови возила; одељења за подршку пројектила за тактичку противваздушну одбрану и облоге елерона, зидне плоче, ојачани оквири, плоче кормила, преградни оквири и друга муниција делови стрела; борбени авиони, бомбардери, хеликоптери, транспортни авиони, радари у ваздуху, ракете земља-ваздух, лансирне ракете, вештачки сателити и друге компоненте свемирских летелица. Легуре магнезијума су мале тежине, имају добру специфичну чврстоћу и крутост, добре перформансе пригушења вибрација, јаке електромагнетне сметње и јаке могућности заштите, које могу задовољити захтеве војних производа за смањење тежине, апсорпцију буке, апсорпцију удара и заштиту од зрачења. Заузима веома важну позицију у грађевинарству ваздухопловства и националне одбране и представља кључни структурни материјал потребан за оружје и опрему као што су авиони, сателити, пројектили, борбени авиони и тенкови.

Титанијумска легура

Титанијумска легура има високу затезну чврстоћу (441~1470МПа), ниску густину (4,5г/цм³), одличну отпорност на корозију и одређену издржљивост на високим температурама и добру отпорност на ниске температуре на 300~550 степени. Ударна жилавост, идеалан је лагани конструкцијски материјал. Легура титанијума има функционалне карактеристике суперпластичности. Користећи суперпластичну технологију формирања-дифузије спајања, легура се може направити у производе сложених облика и прецизних димензија уз врло малу потрошњу енергије и материјала.

Примена титанијумских легура у ваздухопловној индустрији је углавном за израду структурних делова трупа авиона, стајног трапа, потпорних греда, дискова компресора мотора, лопатица и зглобова; у ваздухопловној индустрији, легуре титанијума се углавном користе за израду носивих компоненти и оквира. , гасне боце, посуде под притиском, кућишта турбо пумпи, кућишта и млазнице ракетних мотора на чврсто гориво и други делови. Почетком 1950-их, индустријски чисти титанијум је почео да се користи на неким војним авионима за производњу структурних делова као што су топлотни штитови задњег трупа, репни поклопци и брзе кочнице; 1960-их, примена легура титанијума у ​​конструкцијама авиона се проширила и укључила клизно-ваљане закрилце. , носеће преграде, греде стајног трапа и друге главне конструкције које носе напрезање; од 1970-их, употреба легура титанијума у ​​војним авионима и моторима се брзо повећала, ширећи се од борбених авиона до великих војних бомбардера и транспортних авиона. Користи се на авионима Ф14 и Ф15. Потрошња чини 25% структурне тежине, а употреба на моторима Ф100 и ТФ39 достиже 25% и 33% респективно; након 1980-их, материјали од легура титанијума и процесна технологија су достигли даљи развој, а Б1Б авион захтева 90.402 килограма титанијума. Међу постојећим легурама титанијума у ​​ваздухопловству, највише се користи вишенаменска легура а+б типа Ти-6Ал-4В. Последњих година Запад и Русија су сукцесивно развили две нове врсте легура титанијума. То су легуре титанијума високе чврстоће, високе жилавости, заварљивости и добре формабилности и легуре титанијума високе температуре, високе чврстоће и отпорности на пламен. Ове две напредне легуре титанијума ће играти важну улогу у будућој ваздухопловној индустрији. има добре изгледе за примену.

Са развојем савременог ратовања, војсци је потребан мултифункционални напредни систем хаубица велике снаге, великог домета, високе прецизности и способности брзог реаговања. Једна од кључних технологија напредног хаубичког система је технологија нових материјала. Олакшавање материјала за самоходне артиљеријске куполе, компоненте и лака метална оклопна возила је неизбежан тренд у развоју наоружања. У циљу обезбеђивања динамике и заштите, легуре титанијума се широко користе у војном оружју. Употреба легуре титанијума за артиљеријску њушку кочницу 155 може не само да смањи тежину, већ и да смањи деформацију артиљеријске цеви узроковану гравитацијом, ефикасно побољшавајући прецизност пуцања; неки сложени облици на главним борбеним тенковима и хеликоптерско-противтенковским вишенаменским пројектилима Компоненте могу бити направљене од легуре титанијума, што не само да може да испуни захтеве перформанси производа већ и да смањи трошкове обраде делова.

Дуго времена у прошлости примена легура титанијума је била у великој мери ограничена због високих трошкова производње. Последњих година, земље широм света активно развијају јефтине титанијумске легуре како би смањиле трошкове уз истовремено побољшање перформанси легура титанијума. У мојој земљи, трошкови производње титанијумских легура су и даље релативно високи. Како се количина легура титанијума постепено повећава, тражење нижих трошкова производње је неизбежан тренд у развоју легура титанијума.

Композитни материјали

4.1 Композитни материјали на бази смоле

Композитни материјали на бази смоле имају добру обрадивост у калупу, високу специфичну чврстоћу, висок специфични модул, ниску густину, отпорност на замор, апсорпцију удара, отпорност на хемијску корозију, добра диелектрична својства и ниску топлотну проводљивост. Висока ефикасност и друге карактеристике, широко се користи у војној индустрији. Композитни материјали на бази смоле могу се поделити у две категорије: термореактивни и термопластични. Композитни материјали на бази термореактивне смоле су врста композитних материјала који користе различите термореактивне смоле као матрицу и додају разна влакна за ојачавање; док су термопластичне смоле врста линеарних полимерних једињења која се могу растворити у растварачима или у Она омекшава и топи се у вискозну течност када се загрева и стврдне у чврсту када се охлади. Композитни материјали на бази смоле имају одлична свеобухватна својства, процес припреме је једноставан за имплементацију, а сировине су у изобиљу. У ваздухопловној индустрији, композитни материјали на бази смоле се користе за производњу авионских крила, трупа, канада, хоризонталних репова и спољних канала мотора; у области ваздухопловства, композитни материјали на бази смоле нису само важни материјали за кормила, радаре и усиснике ваздуха, већ се такође могу користити за производњу изолационог омотача коморе за сагоревање ракетног мотора на чврсто гориво, а такође се могу користити као аблацијски материјал отпоран на топлоту за млазницу мотора. Нови композитни материјали од цијанатне смоле развијени последњих година имају предности јаке отпорности на влагу, добрих микроталасних диелектричних својстава и добре стабилности димензија. Имају широку примену у производњи ваздухопловних конструкцијских делова, примарних и секундарних носивих конструкцијских делова авиона и радарских радара.

4.2 Композити са металном матрицом

Композитни материјали са металном матрицом имају високу специфичну чврстоћу, висок специфични модул, добре перформансе при високим температурама, низак коефицијент топлотног ширења, добру димензијску стабилност и одличну електричну и топлотну проводљивост и широко се користе у војној индустрији. Алуминијум, магнезијум и титанијум су главне матрице композита металне матрице. Материјали за ојачање се генерално могу поделити у три категорије: влакна, честице и бркови. Међу њима, композити алуминијумске матрице ојачани честицама су ушли у верификацију модела, као што се користи у борбеним авионима Ф-16. Трбушна пераја замењује легуру алуминијума, а њена крутост и животни век су знатно побољшани. Композитни материјали на бази алуминијума и магнезијума ојачани угљеничним влакнима не само да имају високу специфичну чврстоћу, већ имају и коефицијент топлотног ширења близу нуле и добру димензионалну стабилност. Успешно су коришћени за прављење вештачких сателитских носача, планарних антена Л-појаса, свемирских телескопа и вештачких сателита. Параболичне антене итд.; Композитни материјали алуминијумске матрице ојачани честицама силицијум карбида имају добре перформансе на високим температурама и карактеристике против хабања и могу се користити за израду компоненти ракета и пројектила, компоненти инфрацрвеног и ласерског система за навођење, прецизне авионске уређаје итд.; Титанијумска матрица ојачана силицијум карбидним влакнима Композитни материјали имају добру отпорност на високе температуре и отпорност на оксидацију и идеални су структурни материјали за моторе са високим односом потиска и тежине. Сада су ушли у фазу тестирања напредних мотора. У области индустрије оружја, композитни материјали са металном матрицом могу се користити у оклопним саботима великог калибра стабилизованим репом, вишенаменским кућиштима против хеликоптера/противтенковских ракета и другим компонентама за смањење тежине бојеве главе. и побољшати борбене способности.

4.3 Композити керамичке матрице

Композитни материјали са керамичком матрицом су општи термин за материјале који користе влакна, бркове или честице као ојачања и комбиновани су са керамичком матрицом кроз одређени композитни процес. Може се видети да композитни материјали керамичке матрице уводе другу фазу у керамичку матрицу. Вишефазни материјали састављени од компоненти превазилазе инхерентну кртост керамичких материјала и постали су најактивнији аспект у актуелним истраживањима науке о материјалима. Композитни материјали са керамичком матрицом имају карактеристике ниске густине, високе специфичне чврстоће, добрих термомеханичких својстава и отпорности на топлотни удар. Оне су један од кључних пратећих материјала за будући развој војне индустрије. Иако керамички материјали имају добра својства при високим температурама, они су такође крти. Методе за побољшање ломљивости керамичких материјала укључују каљење са променом фазе, каљење микропукотина, каљење диспергованим металом и континуирано каљење влакнима. Керамички матрични композитни материјали се углавном користе за израду вентила млазница за гасне турбинске моторе авиона, који играју важну улогу у побољшању односа потиска и тежине мотора и смањењу потрошње горива.

4.4 Композити угљеник-угљеник

Угљен-угљенични композитни материјали су композитни материјали састављени од ојачања угљеничним влакнима и угљеничне матрице. Композитни материјали угљеник-угљеник имају низ предности као што су висока специфична чврстоћа, добра отпорност на топлотни удар, јака отпорност на аблацију и дизајниране перформансе. Развој угљеник-угљеник композитних материјала је уско повезан са захтевним захтевима ваздухопловне технологије. Од 1980-их, истраживање о композитним материјалима угљеник-угљеник је ушло у фазу побољшања перформанси и ширења апликација. У војној индустрији, најпривлачнија примена угљеник-угљеника композитних материјала су антиоксидацијске капице за нос од угљеника и угљеника и предње ивице крила спејс шатлова. Највећи угљен-карбонски производ су кочионе плочице суперсоничних авиона. Композитни материјали угљеник-угљеник се углавном користе као аблативни материјали и термички структурни материјали у ваздухопловству. Конкретно, користе се као капе носног конуса за бојеве главе интерконтиненталних ракета, чврсте ракетне млазнице и предње ивице крила спејс шатла. Густина струје напредних материјала за млазнице угљеника је 1,87~1,97 г/цм3, а затезна чврстоћа обруча је 75~115 МПа. Завршне капице недавно развијених интерконтиненталних ракета дугог домета скоро све користе угљеник-угљеник композитне материјале.

Са развојем савремене ваздухопловне технологије, утоварна маса авиона наставља да расте, а брзина слетања лета наставља да расте, што поставља све веће захтеве за кочење у случају нужде авиона. Композитни материјали угљеник-угљеник су лагани, отпорни на високе температуре, апсорбују велике количине енергије и имају добра својства трења. Они се широко користе у војним авионима велике брзине за прављење кочионих плочица.

челик ултра високе чврстоће

Челик ултра-високе чврстоће је челик чија је граница течења и затезна чврстоћа већа од 1200 МПа, односно 1400 МПа. Истражен је и развијен да испуни захтеве материјала високе специфичне чврстоће за конструкције авиона. Због ширења употребе титанијумских легура и композитних материјала у авионима, количина челика који се користи у авионима је смањена, али су кључне носиве компоненте на авионима и даље направљене од челика ултра високе чврстоће. Тренутно, међународно репрезентативни нисколегирани челик ултра високе чврстоће 300М је типичан челик за стајни трап авиона. Поред тога, нисколегирани челик ултра високе чврстоће Д6АЦ је типичан материјал кућишта ракетног мотора. Тренд развоја челика ултра-високе чврстоће је да континуирано побољшава жилавост и отпорност на корозију уз истовремено обезбеђивање ултра-високе чврстоће.

Напредне легуре високе температуре

Високотемпературне легуре су кључни материјали за ваздушне енергетске системе. Високотемпературне легуре су легуре које могу да издрже одређена напрезања на високим температурама од 600 ~ 1200 степени и имају антиоксидационе и антикорозивне способности. Они су пожељни материјали за турбинске дискове ваздухопловних мотора. Према различитим компонентама матрице, легуре високе температуре се деле у три категорије: на бази гвожђа, на бази никла и на бази кобалта. Турбински дискови мотора прављени су од кованих легура високе температуре до 1960-их. Типичне класе укључују А286 и Инцонел 718. Током 1970-их, америчка компанија ГЕ је користила брзо очвршћавајућу легуру Рене95 у праху за израду турбинског диска мотора ЦФМ56, што је знатно повећало његов однос потиска и тежине. , радна температура је значајно повећана. Од тада су се турбински дискови за металургију праха брзо развили. Недавно су Сједињене Државе усвојиле процес брзог очвршћавања таложењем спрејом за производњу турбинских дискова од легуре високе температуре. У поређењу са високотемпературним легурама у праху, процес је једноставан, трошкови су смањени и има добре перформансе обраде ковања. То је технологија припреме са великим развојним потенцијалом.

Легура волфрама

Волфрам има највишу тачку топљења међу металима. Његова изузетна предност је што његова висока тачка топљења доноси материјалу добру чврстоћу на високим температурама и отпорност на корозију. Показао је одличне карактеристике у војној индустрији, посебно у производњи оружја. У индустрији оружја, углавном се користи за израду бојевих глава разних оклопних пројектила. Легура волфрама користи технологију претходног третмана праха и технологију ојачавања великих деформација да би се рафинисала зрна материјала и продужила оријентација зрна, чиме се побољшава чврстоћа, жилавост и моћ продирања материјала. Материјал језгра од волфрама оклопног пројектила типа 125 ИИ који је развила наша земља је В-Ни-Фе, који усваја компактни процес синтеровања променљиве густине. Његове просечне перформансе достижу затезну чврстоћу од 1200 МПа, издужење веће од 15%, а борбени технички индекс од 2,000 метара. Удаљеност пробија хомогени челични оклоп дебљине 600 мм. Тренутно, легура волфрама се широко користи као материјал за језгро главног борбеног тенкова за оклопне пробојне пројектиле великог размера ширине и висине, противавионске оклопне пројектиле малог и средњег калибра и оклопне пројектиле ултра-брзине кинетичке енергије, који чини да различити оклопни пројектили имају моћнију продорну моћ.

интерметална једињења

Интерметална једињења имају дугорочне уређене структуре суперрешетке и одржавају јаке металне везе, дајући им многа посебна физичка, хемијска и механичка својства. Интерметална једињења имају одличну топлотну чврстоћу и постала су важни нови високотемпературни структурни материјали који се последњих година активно проучавају у земљи и иностранству. У војној индустрији, интерметална једињења су коришћена за производњу делова који издржавају топлотна оптерећења. На пример, компанија Пуау са седиштем у САД производи лопатице мотора гасних турбина ЈТ90, америчко ваздухопловство користи титанијум-алуминијум за израду лопатица ротора малих авионских мотора, итд., а Русија користи титанијум. Интерметална једињења алуминијума замењују легуре отпорне на топлоту као круне клипова , што значајно побољшава перформансе мотора. У области индустрије наоружања, материјал турбине компресора мотора резервоара је високотемпературна легура на бази никла К18, која утиче на перформансе убрзања тенка због велике специфичне тежине и стартне инерције. Интерметална једињења титан-алуминијума и њихове компоненте су направљена од глинице и силицијум карбидних влакана. Побољшани композитни лагани и отпорни на топлоту нови материјал може значајно побољшати почетне перформансе тенка и побољшати његову преживљавање на бојном пољу. Поред тога, интерметална једињења се такође могу користити у разним компонентама отпорним на топлоту како би се смањила тежина и побољшали показатељи поузданости и борбених перформанси.

структурална керамика

Керамички материјали су данас најбрже растући високотехнолошки материјали у свету. Развили су се од једнофазне керамике до вишефазне композитне керамике. Структурални керамички материјали имају добре изгледе за примену у војној индустрији због својих бројних одличних својстава као што су отпорност на високе температуре, ниска густина, отпорност на хабање и низак коефицијент топлотног ширења.

Последњих година спроведен је обимни истраживачки рад на конструкцијској керамици за војне моторе у земљи и иностранству. На пример, мале турбине за компресоре мотора су стављене у практичну употребу; Сједињене Државе су уградиле керамичке плоче на врх клипа, што је у великој мери продужило радни век клипа и такође побољшало термичку ефикасност мотора. Немачка умеће керамичке компоненте у издувни отвор како би побољшала ефикасност издувног отвора. Облога клипа и облога цилиндра минијатурног Стирлинг фрижидера на страним инфрацрвеним термовизијским камерама су направљени од керамичких материјала, са животним веком до 2,000 сата; снага ракетног жироскопа се напаја барутним гасом, али барутни остатак у гасу има негативан утицај на жироскоп. Тешка оштећења. Да би се елиминисали остаци у гасу и побољшала прецизност погађања пројектила, потребно је проучити керамичке филтерске материјале погодне за ракетни барутни гас који ради на 2000 степени. У области индустрије оружја, структурална керамика се широко користи у турбинама за компресор мотора за главне борбене тенкове, врховима клипова, уметцима издувних отвора, итд., и кључни су материјали за ново оружје и опрему. Тренутно, захтев за радио фреквенцијом митраљеза калибра 20-30 мм достиже више од 1.200 метака у минути, што чини аблацију цеви изузетно озбиљном. Висока тачка топљења и хемијска стабилност керамике на високим температурама се користе за ефикасно сузбијање тешке аблације бурета. Керамички материјали имају високу отпорност на компресију и отпорност на пузање. Кроз разуман дизајн, керамички материјали могу одржати тродимензионално стање компресије и превазићи њихову крхкост. , како би се осигурала безбедна употреба керамичких облога.