16 Novi vojni materijali

Novi vojni materijali su materijalna osnova za novu generaciju naoružanja i opreme, a ujedno su i ključne tehnologije u vojnoj oblasti u današnjem svijetu. Vojna nova tehnologija materijala je nova tehnologija materijala koja se koristi u vojnom polju. To je ključ za moderno sofisticirano oružje i opremu i važan dio vojne visoke tehnologije. Zemlje širom svijeta pridaju veliki značaj razvoju nove tehnologije vojnog materijala. Ubrzanje razvoja nove tehnologije vojnog materijala važan je preduvjet za održavanje vojnog vodstva.

Status primjene novih vojnih materijala

Novi vojni materijali mogu se podijeliti u dvije kategorije: strukturni materijali i funkcionalni materijali prema njihovoj namjeni. Uglavnom se koriste u avio industriji, vazduhoplovnoj industriji, industriji oružja i brodogradnji.

Aluminijumska legura

Aluminijska legura je oduvijek bila najčešće korišteni metalni konstrukcijski materijal u vojnoj industriji. Aluminijska legura ima karakteristike niske gustine, visoke čvrstoće i dobrih performansi obrade. Kao konstrukcijski materijal, zbog svojih odličnih performansi obrade, može se izraditi u profile, cijevi, visoko ojačane ploče itd. različitih poprečnih presjeka kako bi se u potpunosti iskoristio potencijal materijala i poboljšale komponente. Čvrstoća i snaga. Stoga je aluminijska legura preferirani lagani konstrukcijski materijal za lako oružje.

U vazduhoplovnoj industriji, aluminijumske legure se uglavnom koriste za proizvodnju omotača aviona, pregrada, dugih greda i ukrasnih šipki. U vazduhoplovnoj industriji, legure aluminijuma su važni materijali za konstrukcijske delove raketa i svemirskih letelica. U oblasti oružja, legure aluminijuma se uspešno koriste. Široko se koristi u borbenim vozilima pješadije i oklopnim transportnim vozilima. Nedavno razvijeni nosač haubice također koristi veliki broj novih materijala od aluminijskih legura.

Upotreba aluminijskih legura u zrakoplovnoj industriji je smanjena posljednjih godina, ali je i dalje jedan od glavnih konstrukcijskih materijala u vojnoj industriji. Trend razvoja aluminijskih legura je težnja za visokom čistoćom, visokom čvrstoćom, visokom žilavošću i otpornošću na visoke temperature. Legure aluminijuma koje se koriste u vojnoj industriji uglavnom uključuju legure aluminijum-litijum, legure aluminijum-bakar (serija 2000) i legure aluminijum-cink-magnezijum (serija 7000).

Nove legure aluminijum-litijum koriste se u vazduhoplovnoj industriji, a predviđa se da će se težina aviona smanjiti za 8 do 15%; legure aluminijuma i litijuma će takođe postati kandidati za konstrukcijske materijale za vazduhoplovna vozila i kućišta raketa sa tankim zidovima. Uz brzi razvoj zrakoplovne industrije, fokus istraživanja aluminij-litijum legura i dalje je na rješavanju problema loše žilavosti u smjeru debljine i smanjenju troškova.

Legura magnezijuma

Kao najlakši inženjerski metalni materijal, legura magnezijuma ima niz jedinstvenih svojstava kao što su lagana specifična težina, visoka specifična čvrstoća i specifična krutost, dobro prigušenje i toplotna provodljivost, jaka sposobnost elektromagnetne zaštite i dobra svojstva prigušenja vibracija, što u velikoj meri zadovoljava potrebe Potrebe vazduhoplovstva, modernog naoružanja i opreme i drugih vojnih oblasti.

Legure magnezija imaju mnoge primjene u vojnoj opremi, kao što su okviri sjedišta tenkova, komandna ogledala, retrovizori, kućišta mjenjača, sjedišta filtera motora, ulazne i izlazne cijevi za vodu, sjedišta razdjelnika zraka, kućišta pumpi za ulje, kućišta pumpi za vodu, izmjenjivači topline ulja, kućišta filtera za ulje, poklopci ventila, respiratori i ostali dijelovi vozila; Taktička odeljenja za podršku protivvazdušnoj raketi i omoti krilaca, zidne ploče, ojačani okviri, ploče kormila, pregradni okviri i ostali delovi municije strelice; borbeni avioni, bombarderi, helikopteri, transportni avioni, radari u vazduhu, rakete zemlja-vazduh, lansirne rakete, veštački sateliti i druge komponente svemirskih letelica. Legure magnezija su male težine, imaju dobru specifičnu čvrstoću i krutost, dobre performanse prigušenja vibracija, jake elektromagnetne smetnje i jake mogućnosti zaštite, koje mogu zadovoljiti zahtjeve vojnih proizvoda za smanjenje težine, apsorpciju buke, apsorpciju udara i zaštitu od zračenja. Zauzima veoma važnu poziciju u građevinarstvu vazduhoplovstva i nacionalne odbrane i ključni je strukturni materijal potreban za oružje i opremu kao što su avioni, sateliti, projektili, borbeni avioni i tenkovi.

Titanijumska legura

Titanijumska legura ima visoku vlačnu čvrstoću (441~1470MPa), nisku gustinu (4,5g/cm³), odličnu otpornost na koroziju i određenu izdržljivost na visokim temperaturama i dobru otpornost na niske temperature na 300~550 stepeni. Udarna žilavost, idealan je lagani konstrukcijski materijal. Legura titana ima funkcionalne karakteristike superplastičnosti. Koristeći superplastičnu tehnologiju formiranja-difuzije spajanja, legura se može napraviti u proizvode složenih oblika i preciznih dimenzija uz vrlo malu potrošnju energije i materijala.

Primena titanijumskih legura u vazduhoplovnoj industriji je uglavnom za izradu strukturnih delova trupa aviona, stajnog trapa, potpornih greda, diskova kompresora motora, lopatica i zglobova; u svemirskoj industriji, legure titana se uglavnom koriste za izradu nosivih komponenti i okvira. , plinske boce, posude pod pritiskom, kućišta turbo pumpi, kućišta i mlaznice čvrstog raketnog motora i drugi dijelovi. Početkom 1950-ih, industrijski čisti titanijum je počeo da se koristi na nekim vojnim avionima za proizvodnju strukturnih delova kao što su toplotni štitovi zadnjeg trupa, repni poklopci i brze kočnice; 1960-ih, primjena titanijumskih legura u konstrukcijama aviona proširila se i uključila klizno-valjane zakrilce. , nosive pregrade, grede stajnog trapa i druge veće konstrukcije koje nose naprezanje; od 1970-ih, upotreba legura titanijuma u vojnim avionima i motorima se brzo povećala, šireći se od borbenih aviona do velikih vojnih bombardera i transportnih aviona. Koristi se na avionima F14 i F15. Potrošnja čini 25% strukturne težine, a upotreba na motorima F100 i TF39 dostiže 25% i 33% respektivno; nakon 1980-ih, materijali od legure titanijuma i procesna tehnologija dostigli su dalji razvoj, a B1B avion zahteva 90.402 kilograma titanijuma. Među postojećim legurama titanijuma u vazduhoplovstvu, najviše se koristi višenamjenska legura a+b tipa Ti-6Al-4V. Posljednjih godina Zapad i Rusija su sukcesivno razvili dvije nove vrste titanijumskih legura. To su legure titana visoke čvrstoće, visoke žilavosti, zavarljivosti i dobre formabilnosti, te legure titana visoke temperature, visoke čvrstoće i otpornosti na plamen. Ove dvije napredne legure titanijuma će igrati važnu ulogu u budućoj avio-svemirskoj industriji. ima dobre izglede za primjenu.

Sa razvojem modernog ratovanja, vojsci je potreban multifunkcionalni napredni sistem haubica velike snage, velikog dometa, visoke preciznosti i sposobnosti brzog odgovora. Jedna od ključnih tehnologija naprednog haubičkog sistema je tehnologija novih materijala. Olakšavanje materijala za samohodne artiljerijske kupole, komponente i laka metalna oklopna vozila je neizbježan trend u razvoju naoružanja. S obzirom na osiguranje dinamike i zaštite, legure titana se široko koriste u vojnom oružju. Upotreba legure titana za artiljerijsku njušku kočnicu 155 ne samo da može smanjiti težinu, već i smanjiti deformaciju cijevi artiljerije uzrokovanu gravitacijom, učinkovito poboljšavajući preciznost pucanja; neki složeni oblici na glavnim borbenim tenkovima i helikoptersko-protutenkovskim višenamjenskim projektilima Komponente mogu biti napravljene od legure titanijuma, što ne samo da može zadovoljiti zahtjeve performansi proizvoda već i smanjiti troškove obrade dijelova.

Dugo vremena u prošlosti, primjena titanijumskih legura bila je jako ograničena zbog visokih troškova proizvodnje. Poslednjih godina, zemlje širom sveta aktivno razvijaju jeftine titanijumske legure kako bi smanjile troškove uz istovremeno poboljšanje performansi legura titanijuma. U mojoj zemlji, troškovi proizvodnje titanijumskih legura su i dalje relativno visoki. Kako količina titanijumskih legura postepeno raste, traženje nižih troškova proizvodnje je neizbežan trend u razvoju legura titanijuma.

Kompozitni materijali

4.1 Kompozitni materijali na bazi smole

Kompozitni materijali na bazi smole imaju dobru obradivost u kalupu, visoku specifičnu čvrstoću, visok specifični modul, nisku gustinu, otpornost na zamor, apsorpciju udara, otpornost na hemijsku koroziju, dobra dielektrična svojstva i nisku toplotnu provodljivost. Visoka efikasnost i druge karakteristike, široko se koristi u vojnoj industriji. Kompozitni materijali na bazi smole mogu se podijeliti u dvije kategorije: termoreaktivni i termoplastični. Kompozitni materijali na bazi termoreaktivne smole su vrsta kompozitnih materijala koji koriste različite termoreaktivne smole kao matricu i dodaju razna vlakna za pojačanje; dok su termoplastične smole vrsta linearnih polimernih spojeva koji se mogu otopiti u rastvaračima ili u Omekšava i topi se u viskoznu tekućinu kada se zagrije i stvrdne u čvrstu supstancu kada se ohladi. Kompozitni materijali na bazi smole imaju izvrsna sveobuhvatna svojstva, proces pripreme je jednostavan za implementaciju, a sirovina ima u izobilju. U vazduhoplovnoj industriji, kompozitni materijali na bazi smole koriste se za proizvodnju krila aviona, trupa, kanada, horizontalnih repova i spoljnih kanala motora; u vazduhoplovstvu, kompozitni materijali na bazi smole nisu samo važni materijali za kormila, radare i usisnike vazduha, već se takođe mogu koristiti za proizvodnju izolacionog omotača komore za sagorevanje raketnog motora na čvrsto gorivo, a mogu se koristiti i kao materijal otporan na toplotu za ablaciju za mlaznicu motora. Novi kompozitni materijali od cijanat smole razvijeni posljednjih godina imaju prednosti jake otpornosti na vlagu, dobrih mikrovalnih dielektričnih svojstava i dobre stabilnosti dimenzija. Imaju široku primenu u proizvodnji vazduhoplovnih konstrukcijskih delova, primarnih i sekundarnih nosivih konstrukcijskih delova aviona i radarskih radara.

4.2 Kompoziti sa metalnom matricom

Kompozitni materijali sa metalnom matricom imaju visoku specifičnu čvrstoću, visok specifični modul, dobre performanse pri visokim temperaturama, nizak koeficijent termičke ekspanzije, dobru dimenzijsku stabilnost i odličnu električnu i toplotnu provodljivost i široko se koriste u vojnoj industriji. Aluminij, magnezij i titan su glavne matrice kompozita metalne matrice. Materijali za ojačanje općenito se mogu podijeliti u tri kategorije: vlakna, čestice i brkovi. Među njima, aluminijski matrični kompoziti ojačani česticama su ušli u verifikaciju modela, kao što se koristi u borbenim avionima F-16. Trbušna peraja zamjenjuje aluminijsku leguru, a njena krutost i vijek trajanja su znatno poboljšani. Kompozitni materijali na bazi aluminija i magnezija ojačani karbonskim vlaknima ne samo da imaju visoku specifičnu čvrstoću, već imaju i koeficijent toplinske ekspanzije blizu nule i dobru dimenzijsku stabilnost. Uspješno su korišteni za izradu vještačkih nosača satelita, planarnih antena L-pojasa, svemirskih teleskopa i umjetnih satelita. Parabolične antene, itd.; Kompozitni materijali sa aluminijumskom matricom ojačani česticama silicijum karbida imaju dobre performanse na visokim temperaturama i karakteristike protiv habanja, i mogu se koristiti za izradu komponenti raketa i projektila, komponenti infracrvenog i laserskog sistema za navođenje, precizne avionske uređaje, itd.; Titanijumska matrica ojačana silicijum karbidnim vlaknima Kompozitni materijali imaju dobru otpornost na visoke temperature i otpornost na oksidaciju i idealni su strukturni materijali za motore sa visokim omjerom potiska i težine. Sada su ušli u fazu testiranja naprednih motora. U oblasti industrije oružja, kompozitni materijali metalne matrice mogu se koristiti u velikim kalibarskim oklopnim sabotima stabiliziranim repom, višenamjenskim kućištima za protivhelikopterske/protutenkovske rakete i drugim komponentama za smanjenje težine bojeve glave i poboljšati borbene sposobnosti.

4.3 Kompoziti keramičke matrice

Kompozitni materijali s keramičkom matricom su opći naziv za materijale koji koriste vlakna, brkove ili čestice kao pojačanja i koji se kombiniraju s keramičkom matricom kroz određeni kompozitni proces. Može se vidjeti da kompozitni materijali keramičke matrice uvode drugu fazu u keramičku matricu. Višefazni materijali sastavljeni od komponenti prevazilaze inherentnu krtost keramičkih materijala i postali su najaktivniji aspekt u trenutnim istraživanjima nauke o materijalima. Keramički matrični kompozitni materijali imaju karakteristike niske gustine, visoke specifične čvrstoće, dobrih termomehaničkih svojstava i otpornosti na termički udar. One su jedan od ključnih potpornih materijala za budući razvoj vojne industrije. Iako keramički materijali imaju dobra svojstva pri visokim temperaturama, oni su i krti. Metode za poboljšanje lomljivosti keramičkih materijala uključuju kaljenje promjenom faze, kaljenje mikropukotina, kaljenje dispergovanim metalom i kontinuirano kaljenje vlaknima. Keramički matrični kompozitni materijali se uglavnom koriste za izradu ventila mlaznica za gasne turbinske motore aviona, koji igraju važnu ulogu u poboljšanju omjera potiska i težine motora i smanjenju potrošnje goriva.

4.4 Kompoziti ugljik-ugljik

Ugljični kompozitni materijali su kompozitni materijali koji se sastoje od ojačanja karbonskim vlaknima i karbonske matrice. Kompozitni materijali ugljik-ugljik imaju niz prednosti kao što su visoka specifična čvrstoća, dobra otpornost na termički udar, jaka otpornost na ablaciju i dizajnirane performanse. Razvoj ugljenik-ugljik kompozitnih materijala usko je povezan sa zahtjevnim zahtjevima zrakoplovne tehnologije. Od 1980-ih, istraživanje kompozitnih materijala ugljik-ugljik ušlo je u fazu poboljšanja performansi i širenja aplikacija. U vojnoj industriji, najupadljivije primjene ugljik-ugljik kompozitnih materijala su antioksidacijske kapice ugljik-ugljik i prednje ivice krila svemirskih šatlova. Najveći karbonsko-karbonski proizvod su kočione pločice nadzvučnih aviona. Ugljik-ugljični kompozitni materijali se uglavnom koriste kao ablativni materijali i termički strukturni materijali u svemiru. Konkretno, koriste se kao kape nosnog konusa za bojeve glave interkontinentalnih raketa, mlaznice čvrstih raketa i prednje ivice krila svemirskih šatlova. Gustoća struje naprednih materijala za mlaznice ugljika je 1,87~1,97 g/cm3, a vlačna čvrstoća obruča je 75~115 MPa. Završni poklopci nedavno razvijenih interkontinentalnih projektila dugog dometa gotovo svi koriste kompozitne materijale ugljik-ugljik.

Razvojem savremene avio-tehnologije, utovarna masa aviona nastavlja da raste, a brzina sletanja u letu i dalje raste, što postavlja sve veće zahteve za kočenje aviona u nuždi. Kompozitni materijali ugljik-ugljik su lagani, otporni na visoke temperature, apsorbiraju velike količine energije i imaju dobra svojstva trenja. Široko se koriste u vojnim avionima velike brzine za izradu kočionih pločica.

čelik ultra visoke čvrstoće

Čelik ultra-visoke čvrstoće je čelik čija je granica popuštanja i zatezna čvrstoća veća od 1200 MPa, odnosno 1400 MPa. Istražen je i razvijen da ispuni zahtjeve materijala visoke specifične čvrstoće za konstrukcije aviona. Zbog širenja upotrebe titanijumskih legura i kompozitnih materijala u avionima, količina čelika koji se koristi u avionima je smanjena, ali su ključne nosive komponente na avionima i dalje napravljene od čelika ultra visoke čvrstoće. Trenutno, međunarodno reprezentativni niskolegirani čelik ultra visoke čvrstoće 300M je tipičan čelik za stajni trap aviona. Osim toga, niskolegirani čelik ultra visoke čvrstoće D6AC tipičan je materijal kućišta raketnog motora. Trend razvoja čelika ultra-visoke čvrstoće je kontinuirano poboljšanje žilavosti i otpornosti na koroziju uz istovremeno osiguravanje ultra-visoke čvrstoće.

Napredne legure visoke temperature

Visokotemperaturne legure su ključni materijali za vazduhoplovne energetske sisteme. Visokotemperaturne legure su legure koje mogu izdržati određena naprezanja na visokim temperaturama od 600~1200 stepeni i imaju antioksidacijske i antikorozivne sposobnosti. Oni su poželjni materijali za turbinske diskove zrakoplovnih motora. Prema različitim komponentama matrice, legure visoke temperature dijele se u tri kategorije: na bazi željeza, na bazi nikla i na bazi kobalta. Turbinski diskovi motora pravljeni su od kovanih legura visoke temperature do 1960-ih. Tipične klase uključuju A286 i Inconel 718. Tokom 1970-ih, američka kompanija GE je koristila brzo očvršćavajuću leguru Rene95 u prahu za izradu turbinskog diska motora CFM56, što je znatno povećalo njegov omjer potiska i težine. , radna temperatura je značajno povećana. Od tada su se turbinski diskovi za metalurgiju praha brzo razvili. Nedavno su Sjedinjene Države usvojile proces brzog očvršćavanja taloženjem raspršivanjem za proizvodnju turbinskih diskova od visokotemperaturne legure. U poređenju sa visokotemperaturnim legurama u prahu, proces je jednostavan, troškovi su smanjeni i ima dobre performanse obrade kovanja. To je tehnologija pripreme s velikim razvojnim potencijalom.

Legura volframa

Volfram ima najvišu tačku topljenja među metalima. Njegova izuzetna prednost je u tome što njegova visoka tačka topljenja donosi materijalu dobru otpornost na visoke temperature i koroziju. Pokazao je odlične karakteristike u vojnoj industriji, posebno u proizvodnji oružja. U industriji oružja uglavnom se koristi za izradu bojevih glava raznih oklopnih projektila. Volframova legura koristi tehnologiju predobrade prahom i tehnologiju ojačavanja velikih deformacija kako bi se pročistila zrna materijala i produžila orijentacija zrna, čime se poboljšava čvrstoća, žilavost i moć prodiranja materijala. Materijal jezgre od volframa oklopnog projektila tipa 125 II koji je razvila naša zemlja je W-Ni-Fe, koji usvaja kompaktni proces sinterovanja promjenjive gustine. Njegove prosječne performanse dostižu vlačnu čvrstoću od 1.200 MPa, izduženje veće od 15%, a borbeni tehnički indeks 2,000 metara. Udaljenost probija homogeni čelični oklop debljine 600 mm. Trenutno se legura volframa naširoko koristi kao materijal za jezgro glavnog borbenog tenkova za oklopne probojne projektile velikog omjera širine i visine, oklopne projektile malog i srednjeg kalibra i oklopne projektile ultra-brzine kinetičke energije, koji čini da razni oklopni projektili imaju moćniju prodornu moć.

intermetalnih jedinjenja

Intermetalna jedinjenja imaju dugoročne uređene strukture superrešetke i održavaju jake metalne veze, dajući im mnoga posebna fizička, hemijska i mehanička svojstva. Intermetalni spojevi imaju odličnu toplinsku čvrstoću i postali su važni novi visokotemperaturni strukturni materijali koji se posljednjih godina aktivno proučavaju u zemlji i inostranstvu. U vojnoj industriji, intermetalni spojevi su korišteni za proizvodnju dijelova koji izdržavaju toplinska opterećenja. Na primjer, kompanija Puau sa sjedištem u SAD-u proizvodi lopatice motora s plinskom turbinom JT90, američko ratno zrakoplovstvo koristi titan-aluminij za izradu lopatica rotora malih avionskih motora, itd., a Rusija koristi titanijum. Intermetalna jedinjenja aluminija zamjenjuju legure otporne na toplinu kao krune klipa , znatno poboljšava performanse motora. U oblasti industrije oružja, materijal turbine kompresora motora tenkova je visokotemperaturna legura na bazi nikla K18, koja utiče na performanse ubrzanja tenka zbog velike specifične težine i startne inercije. Intermetalna jedinjenja titan-aluminijum i njihove komponente su napravljena od glinice i silicijum karbidnih vlakana. Poboljšani kompozitni lagani i toplinski otporni novi materijal može uvelike poboljšati početne performanse tenka i poboljšati njegovu preživljavanje na bojnom polju. Osim toga, intermetalna jedinjenja se također mogu koristiti u raznim komponentama otpornim na toplinu kako bi se smanjila težina i poboljšali pokazatelji pouzdanosti i borbenih performansi.

strukturalna keramika

Keramički materijali su danas najbrže rastući visokotehnološki materijali u svijetu. Razvili su se od jednofazne keramike do višefazne kompozitne keramike. Strukturalni keramički materijali imaju dobre izglede za primjenu u vojnoj industriji zbog svojih brojnih odličnih svojstava kao što su otpornost na visoke temperature, niska gustoća, otpornost na habanje i nizak koeficijent toplinskog širenja.

Posljednjih godina proveden je opsežan istraživački rad na konstrukcijskoj keramici za vojne motore u zemlji i inostranstvu. Na primjer, male turbine za kompresore motora su stavljene u praktičnu upotrebu; Sjedinjene Države su ugradile keramičke ploče na vrh klipa, što je uvelike produžilo vijek trajanja klipa i poboljšalo termičku efikasnost motora. Njemačka ugrađuje keramičke komponente u izduvni otvor kako bi poboljšala efikasnost ispušnog otvora. Obloga klipa i cilindar minijaturnog Stirling frižidera na stranim infracrvenim termovizijskim kamerama izrađeni su od keramičkih materijala, sa vijekom trajanja do 2,000 sata; snaga raketnog žiroskopa se napaja barutnim gasom, ali barutni ostaci u gasu imaju negativan uticaj na žiroskop. Teška oštećenja. Da bi se eliminisali ostaci u gasu i poboljšala preciznost pogađanja projektila, potrebno je proučiti keramičke filterske materijale pogodne za raketni barutni gas koji radi na 2000 stepeni. U oblasti industrije oružja, strukturna keramika se široko koristi u turbinama superpunjača motora glavnih borbenih tenkova, vrhovima klipova, umetcima ispušnih otvora, itd., i ključni su materijali za novo oružje i opremu. Trenutno, zahtjevi za radio frekvencijom mitraljeza kalibra 20-30 mm dostižu više od 1.200 metaka u minuti, što ablaciju cijevi čini izuzetno ozbiljnom. Visoka tačka topljenja i hemijska stabilnost keramike na visokim temperaturama se koriste za efikasno suzbijanje teške ablacije bačve. Keramički materijali imaju visoku otpornost na kompresiju i otpornost na puzanje. Kroz razuman dizajn, keramički materijali mogu održati trodimenzionalno stanje kompresije i prevladati njihovu krhkost. , kako bi se osigurala sigurna upotreba keramičkih obloga.