Velký trh nových materiálů pro vojenský průmysl (jeden)
Nové materiály, také známý jako pokročilé materiály, odkazují na nové materiály, které byly úspěšně zkoumány a vyvíjeny a mají vynikající vlastnosti a funkce a mohou splňovat potřeby špičkových technologií. Vývoj lidských dějin ukazuje, že materiály jsou materiálním základem a průvodcem společenského vývoje, zatímco nové materiály jsou milníkem společenského pokroku.
Technologie materiálů byla vždy velmi důležitým oborem v plánování vědeckotechnického rozvoje všech zemí světa. Společně s informačními technologiemi, biotechnologie a energetické technologie, je uznávána jako špičková technologie, která bude dominovat celkové lidské situaci v dnešní společnosti a na dlouhou dobu v budoucnosti. Špičková technologie materiálů je dnes také klíčovou technologií moderního průmyslu podporujícího lidskou civilizaci, a je také nejdůležitějším materiálním základem národních obranných sil země. Národní obranný průmysl je často prioritním uživatelem nových úspěchů materiálových technologií. Výzkum a vývoj nových materiálových technologií hraje rozhodující roli v rozvoji národního obranného průmyslu a zbraní a techniky.
Strategický význam nových vojenských materiálů
Nové vojenské materiály jsou materiálním základem nové generace zbraní a výstroje, a také klíčovou technologii ve vojenské oblasti dnešního světa. Vojenská nová materiálová technologie je nová materiálová technologie používaná ve vojenské oblasti, je klíčem k moderním sofistikovaným zbraním a vybavení, a je důležitou součástí vojenské špičkové technologie. Země na celém světě přikládají velký význam rozvoji nových vojenských materiálových technologií. Urychlení vývoje nových vojenských materiálových technologií je důležitým předpokladem pro udržení vojenského vedení.
Současný stav a vývoj nových vojenských materiálů
Nové vojenské materiály lze podle použití rozdělit na konstrukční materiály a funkční materiály, které se používají především v leteckém průmyslu, letecký průmysl, zbrojní průmysl a lodní průmysl.
Vojenské konstrukční materiály
1. Slitina hliníku
Hliníková slitina je nejrozšířenějším kovovým konstrukčním materiálem ve vojenském průmyslu. Hliníková slitina má vlastnosti nízké hustoty, vysoká pevnost a dobrý výkon při zpracování. Jako konstrukční materiál, kvůli jeho vynikajícímu zpracování, lze z něj vyrobit různé profily, potrubí, desky s vysokým žebrováním, atd., dát plnou hru potenciálu materiálů a zlepšit tuhost a pevnost součástí. Proto, hliníková slitina je preferovaným lehkým konstrukčním materiálem pro lehké zbraně.
V leteckém průmyslu, hliníková slitina se používá hlavně k výrobě leteckého pláště, přepážkový rám, dlouhý paprsek a honovací pás; V leteckém průmyslu, hliníková slitina je důležitým materiálem pro konstrukční části nosných raket a kosmických lodí. V oblasti zbraní, hliníková slitina se úspěšně používá v bojových vozidlech pěchoty a obrněných transportních vozidlech. Nedávno vyvinuté houfnicové věže také využívají velké množství nových materiálů z hliníkové slitiny.
V posledních letech, spotřeba hliníkové slitiny v leteckém průmyslu klesla, ale stále je to jeden z hlavních konstrukčních materiálů ve vojenském průmyslu. Trendem vývoje hliníkových slitin je sledování vysoké čistoty, vysoká síla, vysoká houževnatost a vysoká teplotní odolnost. Mezi slitiny hliníku používané ve vojenském průmyslu patří především slitina hliníku a lithia, slitina hliníku a mědi (2000 série) a slitina hliníku a zinku hořčíku (7000 série).
Nová slitina Al-Li se používá v leteckém průmyslu, a předpokládá se, že hmotnost letadla se sníží o 8~15%; Slitina Al-Li se také stane kandidátním konstrukčním materiálem pro letecká vozidla a tenkostěnné střely. S rychlým rozvojem leteckého průmyslu, výzkumné zaměření slitiny Al-Li je stále řešit problémy špatné houževnatosti ve směru tloušťky a snížení nákladů.
2. Hořčíková slitina
Jako nejlehčí technický kovový materiál, slitina hořčíku má řadu jedinečných vlastností, jako je měrná hmotnost světla, vysoká specifická pevnost a specifická tuhost, dobré tlumení a tepelná vodivost, silná schopnost elektromagnetického stínění, a dobré tlumení nárazů, který velmi vyhovuje potřebám letectví a kosmonautiky, moderní zbraně a další vojenské obory.
Hořčíková slitina má mnoho aplikací ve vojenském vybavení, jako je rám sedla nádrže, velitelské zrcadlo, zrcadlo střelce, skříň převodovky, základna motorového filtru, vstupní a výstupní potrubí, základna rozdělovače vzduchu, těleso olejového čerpadla, pouzdro vodního čerpadla, olejový výměník tepla, pouzdro olejového filtru, kryt ventilu, respirátor a další díly vozidel; Podpůrná kabina a potah křidélek, stěnový panel, výztužný rám, kormidelní deska, přepážkový rám a další raketové a raketové součásti taktické protivzdušné obrany rakety; Bojovníci, bombardéry, vrtulníky, dopravní letadla, vzdušný radar, rakety země-vzduch, nosné rakety, satelity a další součásti kosmických lodí. Hořčíková slitina má vlastnosti nízké hmotnosti, dobrá měrná pevnost a tuhost, dobrý tlumicí výkon, elektromagnetické rušení a silné stínění, které mohou splnit požadavky vojenských produktů na redukci hmotnosti, pohlcování hluku, tlumení nárazů a radiační ochrana. Hraje velmi důležitou roli při výstavbě letectví a obrany státu, a je klíčovým konstrukčním materiálem potřebným pro zbraně a vybavení, jako jsou letadla, satelity, střely, bojová letadla a bojová vozidla.
3. Titanová slitina
Titanová slitina má vysokou pevnost v tahu (441~1470 MPa), nízká hustota (4.5g/cm3), vynikající odolnost proti korozi, vysoká teplotní odolnost a dobrá rázová houževnatost při nízkých teplotách při 300 ~ 550 ℃, a je ideálním lehkým konstrukčním materiálem. Titanová slitina má funkční vlastnosti superplasticity. Použití technologie superplastického formování-difúzního spojování, ze slitiny lze vyrobit výrobky složitého tvaru a přesné velikosti s nízkou spotřebou energie a materiálu.
Použití titanové slitiny v leteckém průmyslu spočívá především ve výrobě konstrukčních dílů trupu letadel, podvozek, nosné nosníky, kotouče kompresoru motoru, čepele a klouby, atd; V leteckém průmyslu, slitiny titanu se používají především k výrobě nosných součástí, rámy, plynové lahve, tlakové nádoby, pláště turbočerpadla, pevné pláště raketových motorů, trysky a další součásti.
Mezi stávající slitiny titanu pro letectví a kosmonautiku, nejpoužívanější je slitina Ti-6Al-4V typu a+b. V posledních letech, Západ a Rusko postupně vyvinuly dvě nové slitiny titanu, což jsou slitiny titanu s vysokou pevností, vysoká houževnatost, svařitelnost a dobrá tvarovatelnost, a vysokou teplotou, vysoce pevné a nehořlavé titanové slitiny. Tyto dvě pokročilé slitiny titanu mají dobré vyhlídky na uplatnění v budoucím leteckém průmyslu.
S rozvojem moderní války, armádní síly potřebují pokročilé houfnicové systémy s výkonnými, dlouhý dosah, vysoká přesnost a schopnost rychlé odezvy. Jednou z klíčových technologií pokročilého houfnicového systému je nová materiálová technologie. Lehká samohybná dělová věž, komponenty a materiály pro obrněná vozidla z lehkých kovů je nevyhnutelným trendem vývoje zbraní. Za předpokladu zajištění dynamického a ochranného výkonu, slitiny titanu jsou široce používány ve vojenských zbraních.
V minulosti docela dlouho, použití titanové slitiny je značně omezené kvůli vysokým výrobním nákladům. V posledních letech, země po celém světě aktivně vyvíjejí levné slitiny titanu. Při snižování nákladů, také potřebují zlepšit vlastnosti slitin titanu.
4. Kompozitní materiály
4.1 Pryskyřičné matricové kompozity
Kompozity na bázi pryskyřice jsou široce používány ve vojenském průmyslu díky své dobré tvarovatelnosti, vysoká měrná pevnost, vysoký specifický modul, nízká hustota, odolnost proti únavě, tlumení nárazu, odolnost proti chemické korozi, dobré dielektrické vlastnosti a nízká tepelná vodivost.
V leteckém průmyslu, kompozity s pryskyřicovou matricí se používají k výrobě křídel letadel, trup, Kachny, ploché ocasy a vnější propusti motoru; V oblasti letectví a kosmonautiky, kompozity s pryskyřičnou matricí nejsou důležitými materiály pouze pro kormidla, radar a vstup, ale také může být použit k výrobě tepelně izolačního pláště spalovací komory raketového motoru na tuhá paliva, a také může být použit jako ablativní tepelný ochranný materiál trysky motoru. Nový kompozit z kyanátové pryskyřice vyvinutý v posledních letech má výhody silné odolnosti proti vlhkosti, dobré mikrovlnné dielektrické vlastnosti a dobrá rozměrová stabilita, a je široce používán k výrobě leteckých konstrukcí, primární a sekundární nosné konstrukce letadel a radarové kryty.
4.2 Kompozity s kovovou matricí
Kompozity s kovovou matricí byly široce používány ve vojenském průmyslu kvůli jejich vysoké specifické pevnosti, vysoký specifický modul, dobrý výkon při vysokých teplotách, nízký koeficient tepelné roztažnosti, dobrá rozměrová stabilita, a vynikající tepelnou vodivostí.
Hliník, hořčík a titan jsou hlavními substráty kompozitů s kovovou matricí, a výztužné materiály lze obecně rozdělit do tří kategorií: vlákno, částice a vous. Mezi nimi, částicově vyztužené hliníkové matricové kompozity vstoupily do ověřování modelu. Například, při použití jako břišní ploutev stíhacích letounů F-16 jako náhrada hliníkové slitiny, jeho tuhost a životnost se výrazně zlepšily.
Hliníkové a hořčíkové matricové kompozity vyztužené uhlíkovými vlákny mají vysokou specifickou pevnost, téměř nulovému koeficientu tepelné roztažnosti a dobré rozměrové stabilitě, a byly úspěšně použity k vytvoření satelitní podpory, Letadlová anténa v pásmu L, vesmírný dalekohled, satelitní paraboloidní anténa, atd; Kompozity s hliníkovou matricí vyztužené částicemi karbidu křemíku mají dobrý výkon při vysokých teplotách a odolnost proti opotřebení, a může být použit k výrobě součástí raket a raket, součásti infračerveného a laserového naváděcího systému, přesné komponenty avioniky, atd;
Titanový matricový kompozit vyztužený karbidem křemíku má dobrou odolnost proti vysokým teplotám a odolnost proti oxidaci. Je to ideální konstrukční materiál pro motory s vysokým poměrem tahu a hmotnosti. V současnosti, vstoupila do fáze testování pokročilých motorů.
V oblasti zbrojního průmyslu, kompozitní materiály s kovovou matricí lze použít pro díly, jako je sabot velkého kalibru ocasní ploutve stabilizovaný penetrátor ostřelování, pevný motorový plášť protivrtulníkové/protitankové víceúčelové střely, ke snížení hmotnosti hlavice a zlepšení bojové schopnosti.
4.3 Kompozity s keramickou matricí
Kompozity s keramickou matricí jsou obecným pojmem materiálů složených z vláken, whiskery nebo částice jako výztuhy a keramická matrice prostřednictvím určitých kompozitních procesů. Je vidět, že kompozity s keramickou matricí jsou vícefázové materiály, které se skládají ze zavedení druhé fázové složky do keramické matrice., který překonává vlastní křehkost keramických materiálů, a stal se nejaktivnějším aspektem současného výzkumu materiálových věd.
Kompozity s keramickou matricí se vyznačují nízkou hustotou, vysoká měrná pevnost, dobré tepelně mechanické vlastnosti a odolnost proti tepelným šokům, a jsou jedním z klíčových podpůrných materiálů pro rozvoj vojenského průmyslu do budoucna.
Přestože keramické materiály mají dobrý výkon při vysokých teplotách, jsou křehké. Metody pro zlepšení křehkosti keramických materiálů zahrnují zpevnění fázovou transformací, zpevnění mikrotrhlin, disperzní zpevňování kovů a kontinuální zpevňování vláken.
Kompozity s keramickou matricí se používají hlavně k výrobě ventilů trysek pro letecké motory s plynovou turbínou. Hrají důležitou roli při zlepšování poměru tahové hmotnosti motorů a snižování spotřeby paliva.
4.4 Kompozit uhlík-uhlík
Kompozit uhlík-uhlík je kompozitní materiál složený z vyztužujícího činidla z uhlíkových vláken a uhlíkové matrice. Kompozity uhlík-uhlík mají řadu výhod, jako je vysoká specifická pevnost, dobrá odolnost proti tepelným šokům, silná ablační odolnost, a navržený výkon. Vývoj uhlíko-uhlíkových kompozitů úzce souvisí s přísnými požadavky letecké techniky. Od 80. let 20. století, výzkum uhlík-uhlíkových kompozitů vstoupil do fáze zlepšování výkonu a rozšiřování aplikací.
Ve vojenském průmyslu, nejnápadnější aplikací uhlík-uhlíkových kompozitů je antioxidační uhlík-uhlíkový příďový kužel a přední hrana křídla raketoplánu, a největší množství uhlíko-uhlíkových produktů tvoří brzdové destičky nadzvukových letadel.
Kompozitní materiál uhlík-uhlík se používá hlavně jako ablativní materiál a tepelný konstrukční materiál v letectví a kosmonautice. Konkrétně, používá se jako čepička nosního kužele hlavice mezikontinentální rakety, pevná raketová tryska a náběžná hrana křídla leteckého letadla.
V současnosti, hustota pokročilého materiálu trysek uhlík-uhlík je 1,87~1,97 g/cm3, a pevnost v tahu obruče je 75~115 MPa. Nedávno vyvinuté koncové kryty mezikontinentálních raket dlouhého doletu používají téměř všechny kompozitní materiály uhlík-uhlík.
S rozvojem moderní letecké techniky, kvalita nakládky letadel se zvyšuje a přistávací rychlost se zvyšuje, který klade vyšší požadavky na nouzové brzdění letadel. Kompozitní materiál uhlík-uhlík má nízkou hmotnost, Řezání fotovoltaických křemíkových plátků, velká absorpce energie a dobrý třecí výkon. Je široce používán ve vysokorychlostních vojenských letadlech k výrobě brzdových destiček.
5. Ocel s ultra vysokou pevností
Ultra-vysokopevnostní ocel je ocel s vyšší mezí kluzu a pevnosti v tahu 1200 MPa a 1400 MPa resp. Je zkoumán a vyvíjen tak, aby splňoval požadavky na materiály s vysokou měrnou pevností v konstrukci letadla. Vzhledem k rozšíření aplikace slitin titanu a kompozitních materiálů v letadlech, množství oceli používané v letadlech se snížilo, ale klíčové nosné komponenty v letadlech jsou stále vyrobeny z ultra-vysokopevnostní oceli.
V současnosti, reprezentativní nízkolegovaná ultravysokopevnostní ocel 300M ve světě je typická ocel pro přistávací zařízení letadel. Dále, nízkolegovaná ultra vysokopevnostní ocel D6AC je typickým materiálem pláště raketových motorů. Trendem vývoje ultravysokopevnostní oceli je neustálé zlepšování houževnatosti a odolnosti proti korozi při namáhání při současném zajištění ultravysoké pevnosti.
6. Pokročilá superslitina
Superslitina je klíčovým materiálem leteckého energetického systému. Superslitina je slitina, která snese určité namáhání při vysoké teplotě 600~1200oC a má schopnost odolnosti proti oxidaci a korozi.. Je to preferovaný materiál pro turbínový disk leteckých motorů. Podle různých složek matrice, superslitiny lze rozdělit do tří kategorií: na bázi železa, na bázi niklu a kobaltu.
Disk turbíny motoru byl vyroben z kované superslitiny před 60. lety, s typickými značkami A286 a Inconel 718. V 70. letech 20. století, GE vyrobila kotouč turbíny motoru CFM56 s rychle tuhnoucí práškovou slitinou Rene95, což výrazně zvýšilo jeho poměr tahu a hmotnosti a výrazně zvýšilo jeho provozní teplotu. Od té doby, turbínové kotouče práškové metalurgie se rychle vyvíjely.
Nedávno, turbínový disk ze superslitiny vyrobený procesem rychlého tuhnutí rozprašováním ve Spojených státech je technologií přípravy s velkým potenciálem rozvoje díky svému jednoduchému procesu, nízké náklady a dobrý výkon při zpracování kování ve srovnání s práškovou superslitinou.
7. Slitina wolframu
Wolfram má nejvyšší bod tání mezi kovy. Jeho mimořádnou výhodou je, že vysoký bod tání přináší dobrou pevnost při vysokých teplotách a odolnost materiálů proti korozi, a vykazuje vynikající vlastnosti ve vojenském průmyslu, především ve výrobě zbraní. Ve zbrojním průmyslu, vyrábí se z něj hlavně hlavice různých pancéřových střel.
Prostřednictvím technologie předúpravy prášku a technologie zpevnění velké deformace, wolframová slitina může zjemnit zrno materiálu a prodloužit orientaci zrna, aby se zlepšila síla, houževnatost a penetrační síla materiálu. V současnosti, wolframová slitina je široce používána jako základní materiál pro hlavní bojový tankový pancéřový projektil s velkým poměrem délky k průměru, protiletadlový pancéřový projektil malého a středního kalibru a pancéřový projektil s hyperrychlostní kinetickou energií, díky čemuž jsou všechny druhy projektilů prorážejících pancéřování silnější.
8. Intermetalické sloučeniny
Intermetalické sloučeniny mají uspořádanou supermřížkovou strukturu na dlouhé vzdálenosti a udržují silnou kovovou vazbu, díky čemuž mají mnoho speciálních fyzikálních a chemických vlastností a mechanických vlastností.
Ve vojenském průmyslu, intermetalické sloučeniny byly použity k výrobě dílů, které nesou tepelné zatížení, jako jsou lopatky motoru s plynovou turbínou JT90 vyráběné společností United States Puo Company, rotorové listy malých leteckých motorů vyrobených letectvem Spojených států s titanem a hliníkem, a ruské intermetalické sloučeniny titanu a hliníku byly použity jako náhrada tepelně odolných slitin jako vršek zástrčky, výrazně zlepšuje výkon motoru.
V oblasti zbrojního průmyslu, K18 superslitina na bázi niklu se používá jako turbínový materiál dmychadla tankových motorů. Kvůli jeho velkému převodu a velké počáteční setrvačnosti, je ovlivněno zrychlení nádrže. Použití titan-hliníkové intermetalické sloučeniny a jejího kompozitního lehkého žáruvzdorného nového materiálu vyztuženého oxidem hliníku a vláknem karbidu křemíku může výrazně zlepšit startovací výkon tanku a zlepšit jeho životaschopnost na bojišti..
Dále, intermetalické sloučeniny mohou být také použity v různých tepelně odolných součástech pro snížení hmotnosti, zlepšit spolehlivost a bojové technické ukazatele.
9. Stavební keramika
Keramický materiál je dnes nejrychleji se rozvíjející high-tech materiál na světě. Vyvinula se z jednofázové keramiky na vícefázovou kompozitní keramiku. Strukturální keramické materiály mají dobré vyhlídky na uplatnění ve vojenském průmyslu díky svým vynikajícím vlastnostem, jako je vysoká teplotní odolnost, nízká hustota, odolnost proti opotřebení a nízký koeficient tepelné roztažnosti.
V posledních letech, byla provedena široká škála výzkumných prací v oblasti konstrukční keramiky pro vojenské motory doma i v zahraničí.
Například, byla použita malá turbína kompresoru motoru; Spojené státy vykládají keramické desky na horní část pístu, což výrazně zlepšuje životnost pístu a také zlepšuje tepelnou účinnost motoru. Německo vkládá keramické komponenty do výfukového otvoru, aby se zlepšila účinnost použití výfukového otvoru. Pouzdro pístu a pouzdro válce miniaturní Stirlingovy chladničky na zahraniční infračervené termokameře jsou vyrobeny z keramických materiálů, a jejich životnost je až 2000 hodin; Sílu raketového gyroskopu dodává střelný prach, ale zbytky střelného prachu v plynu vážně poškodily gyroskop.
Za účelem odstranění zbytků v plynu a zlepšení přesnosti zásahu střely, je nutné studovat keramický filtrační materiál vhodný pro střelný střelný prach, aby pracoval při 2000oC. V oblasti zbrojního průmyslu, konstrukční keramika je široce používána v turbínách turbodmychadel, korunka pístu, vložka výfukového otvoru, atd. motoru hlavního bojového tanku, a jsou klíčovými materiály nových zbraní a vybavení. V současnosti, požadavek na rádiovou frekvenci kulometu ráže 20-30 mm je více než 1200 kola/minutu, což činí erozi hlavně velmi závažnou. Vysoká teplota tání a chemická stabilita keramiky při vysokých teplotách mohou účinně inhibovat vážnou erozi trubky pistole. Keramický materiál má vysokou odolnost proti tlaku a tečení. Prostřednictvím rozumného designu, keramický materiál může udržovat trojrozměrný kompresní stav, překonat jeho křehkost, a zajistit bezpečné používání keramické vložky.
