Suur sõjatööstuse uute materjalide turg (üks)

Suur sõjatööstuse uute materjalide turg (üks)

Uued materjalid, tuntud ka kui täiustatud materjalid, viitavad uutele materjalidele, mida on edukalt uuritud ja mida arendatakse ning millel on suurepärased omadused ja funktsioonid ning mis vastavad kõrgtehnoloogia vajadustele. Inimkonna ajaloo areng näitab, et materjalid on sotsiaalse arengu materiaalne alus ja juht, samas kui uued materjalid on sotsiaalse progressi verstapostiks.

Materjalitehnoloogia on alati olnud väga oluline valdkond kõigi maailma riikide teaduse ja tehnoloogia arengu planeerimisel. Koos infotehnoloogiaga, biotehnoloogia ja energiatehnoloogia, Seda peetakse kõrgtehnoloogiaks, mis hakkab domineerima tänapäeva ühiskonnas ja veel pikka aega tulevikus. Materjalide kõrgtehnoloogia on ka tänapäeva inimtsivilisatsiooni toetava kaasaegse tööstuse võtmetehnoloogia, ja see on ka riigi riigikaitseväe kõige olulisem materiaalne alus. Riigikaitsetööstus on sageli uute materjalitehnoloogia saavutuste eeliskasutaja. Riigikaitsetööstuse ning relvastuse ja varustuse arengus on määrav roll uue materjalitehnoloogia uurimisel ja arendusel.

Uute sõjaliste materjalide strateegiline tähtsus

Uued sõjalised materjalid on uue põlvkonna relvade ja varustuse materiaalne alus, ja ka võtmetehnoloogia tänapäeva maailmas sõjalises valdkonnas. Sõjaline uus materjalitehnoloogia on sõjalises valdkonnas kasutatav uus materjalitehnoloogia, on kaasaegsete keerukate relvade ja varustuse võti, ja on sõjalise kõrgtehnoloogia oluline komponent. Riigid üle kogu maailma on pööranud suurt tähtsust sõjalise uue materjalitehnoloogia arendamisele. Sõjalise uue materjalitehnoloogia arendamise kiirendamine on sõjalise juhtimise säilitamise oluline eeldus.

Praegune olukord ja uute sõjaliste materjalide väljatöötamine

Uued sõjalised materjalid võib kasutusalade järgi jagada konstruktsioonimaterjalideks ja funktsionaalseteks materjalideks, mida kasutatakse peamiselt lennunduses, kosmosetööstus, relvatööstus ja laevatööstus.

Sõjalised konstruktsioonimaterjalid

1. Alumiiniumisulam

Alumiiniumisulam on olnud sõjatööstuses enim kasutatud metallkonstruktsioonimaterjal. Alumiiniumsulamil on madala tihedusega omadused, kõrge tugevus ja hea töötlemisvõime. Struktuurimaterjalina, selle suurepärase töötlemisvõime tõttu, sellest saab teha erinevaid profiiliosasid, torud, kõrge soonikuga taldrikud, jne., anda materjalide potentsiaalile täielik mäng ning parandada komponentide jäikust ja tugevust. seega, alumiiniumsulam on eelistatud kerge konstruktsioonimaterjal kergete relvade jaoks.

Lennutööstuses, alumiiniumisulamit kasutatakse peamiselt lennuki naha valmistamiseks, vaheseina raam, pikk tala ja lihvimisriba; Lennundustööstuses, alumiiniumisulam on kanderakettide ja kosmoselaevade konstruktsiooniosade jaoks oluline materjal. Relvade vallas, alumiiniumisulamit on edukalt kasutatud jalaväe lahingumasinates ja soomustatud transpordimasinates. Hiljuti välja töötatud haubitsatornides kasutatakse ka suurt hulka uusi alumiiniumisulamist materjale.

Viimastel aastatel, alumiiniumisulami tarbimine kosmosetööstuses on vähenenud, kuid see on endiselt sõjatööstuse üks peamisi konstruktsioonimaterjale. Alumiiniumisulamite arengusuund on kõrge puhtusastme poole püüdlemine, suur tugevus, kõrge tugevus ja kõrge temperatuuritaluvus. Sõjatööstuses kasutatavad alumiiniumisulamid hõlmavad peamiselt alumiiniumliitiumisulamit, alumiiniumi vasesulam (2000 seeria) ja alumiinium-tsink-magneesiumisulam (7000 seeria).

Uut Al-Li sulamit kasutatakse lennundustööstuses, ja ennustatakse, et lennuki kaal väheneb 8-15%; Al-Li sulamist saab ka kandidaatkonstruktsioonimaterjal kosmosesõidukite ja õhukeseseinaliste rakettmürskude jaoks. Kosmosetööstuse kiire arenguga, Al-Li sulami uurimistöö keskendub endiselt paksuse suuna halva sitkuse ja kulude vähendamise probleemide lahendamisele.

2. Magneesiumi sulam

Kõige kergema insenertehnilise metallmaterjalina, magneesiumisulamil on rida unikaalseid omadusi, nagu valguse erikaal, kõrge eritugevus ja erijäikus, hea summutus- ja soojusjuhtivus, tugev elektromagnetiline varjestusvõime, ja hea löögisummutusvõime, mis vastab suuresti kosmosetööstuse vajadustele, kaasaegsed relvad ja muud sõjalised valdkonnad.

Magneesiumisulamil on sõjavarustuses palju rakendusi, nagu paagi istme raam, komandöri peegel, laskuri peegel, käigukasti kast, mootori filtri alus, sisse- ja väljalasketorud, õhujaoturi alus, õlipumba korpus, veepumba korpus, õli soojusvaheti, õlifiltri korpus, klapi kate, respiraator ja muud sõidukiosad; Tugikabiini ja aileroni nahk, seinapaneel, jäigastav raam, rooliplaat, taktikalise õhutõrje raketi vaheseinaraam ja muud rakettid ja raketikomponendid; Võitlejad, pommitajad, helikopterid, transpordilennukid, õhuradar, maa-õhk raketid, kanderaketid, satelliidid ja muud kosmoselaeva komponendid. Magneesiumisulamil on kerge kaalu omadused, hea eritugevus ja jäikus, hea summutusvõime, elektromagnetilised häired ja tugev varjestusvõime, mis suudavad vastata sõjaliste toodete kaalulangusnõuetele, müra neeldumine, löögi neeldumine ja kiirguskaitse. Sellel on väga oluline roll lennunduse ja riigikaitse ehitamisel, ja see on peamine konstruktsioonimaterjal, mida on vaja relvade ja varustuse, näiteks lennukite jaoks, satelliidid, raketid, hävitajad ja lahingumasinad.

3. Titaani sulam

Titaanisulamil on kõrge tõmbetugevus (441~1470MPa), madal tihedus (4.5g/cm3), suurepärane korrosioonikindlus, vastupidavus kõrgele temperatuurile ja hea löögikindlus madalal temperatuuril temperatuuril 300–550 ℃, ja on ideaalne kerge konstruktsioonimaterjal. Titaanisulamil on superplastsuse funktsionaalsed omadused. Superplastilise moodustumise-difusioonsidetehnoloogia kasutamine, sulamist saab väikese energia- ja materjalikuluga valmistada keeruka kuju ja täpse suurusega tooteid.

Titaanisulami kasutamine lennundustööstuses on peamiselt lennuki kere konstruktsiooniosade valmistamiseks, telik, tugitalad, mootori kompressori kettad, terad ja liigendid, jne; Lennundustööstuses, titaanisulameid kasutatakse peamiselt kandekomponentide valmistamiseks, raamid, gaasiballoonid, surveanumad, turbopumba kestad, tahked raketimootori kestad, pihustid ja muud komponendid.

Olemasolevate titaanisulamite hulgas lennunduses, enim kasutatav on a+b tüüpi Ti-6Al-4V sulam. Viimastel aastatel, Lääs ja Venemaa on järjest välja töötanud kaks uut titaanisulamit, mis on suure tugevusega titaanisulamid, kõrge sitkus, keevitatavus ja hea vormitavus, ja kõrge temperatuur, ülitugevad ja leegiaeglustavad titaanisulamid. Nendel kahel täiustatud titaanisulamil on tulevases kosmosetööstuses head kasutusväljavaated.

Kaasaegse sõja arenguga, armee jõud vajavad võimsaid täiustatud haubitsasüsteeme, pikamaa, kõrge täpsus ja kiire reageerimisvõime. Üks arenenud haubitsasüsteemi võtmetehnoloogiaid on uus materjalitehnoloogia. Kerge iseliikuva kahuri torn, kergmetallist soomusmasinate komponendid ja materjalid on relvade arendamise vältimatu suund. Eeldusel dünaamilise ja kaitsva jõudluse tagamine, titaanisulameid kasutatakse laialdaselt sõjaväerelvades.

Varem üsna pikka aega, titaanisulami kasutamine on selle kõrgete tootmiskulude tõttu väga piiratud. Viimastel aastatel, riigid üle maailma arendavad aktiivselt odavaid titaanisulameid. Samal ajal vähendades kulusid, nad peavad parandama ka titaanisulamite omadusi.

4. Komposiitmaterjalid

4.1 Vaigumaatrikskomposiidid

Vaigupõhised komposiitmaterjalid on nende hea vormitavuse tõttu laialdaselt kasutusel sõjatööstuses, kõrge eritugevus, kõrge erimoodul, madal tihedus, väsimuskindlus, löögi neeldumine, keemiline korrosioonikindlus, head dielektrilised omadused ja madal soojusjuhtivus.

Lennutööstuses, vaigumaatrikskomposiite kasutatakse lennukitiibade valmistamiseks, kere, pardid, lamedad sabad ja mootori välistruubid; Lennundusvaldkonnas, vaigumaatrikskomposiidid pole mitte ainult olulised materjalid rooli jaoks, radar ja sisselaskeava, kuid seda saab kasutada ka tahke rakettmootori põlemiskambri soojusisolatsioonikesta valmistamiseks, ja seda saab kasutada ka mootori düüsi ablatiivse kuumakaitsematerjalina. Viimastel aastatel välja töötatud uue tsüanaatvaigu komposiidi eelisteks on tugev niiskuskindlus, hea mikrolaine dielektriline omadus ja hea mõõtmete stabiilsus, ja seda kasutatakse laialdaselt kosmosekonstruktsioonide valmistamiseks, lennuki primaarsed ja sekundaarsed kandekonstruktsioonid ning radari radoomid.

4.2 Metallmaatrikskomposiidid

Metallmaatrikskomposiite on nende suure eritugevuse tõttu laialdaselt kasutatud sõjatööstuses, kõrge erimoodul, hea jõudlus kõrgel temperatuuril, madal soojuspaisumistegur, hea mõõtmete stabiilsus, ja suurepärane soojusjuhtivus.

Alumiinium, magneesium ja titaan on metallmaatrikskomposiitide peamised substraadid, ja tugevdusmaterjalid võib üldiselt jagada kolme kategooriasse: kiudaineid, osake ja vurr. Nende hulgas, osakestega tugevdatud alumiiniummaatrikskomposiidid on sisestatud mudeli kontrollimisse. Näiteks, kui seda kasutatakse F-16 hävitajate kõhuuimena alumiiniumisulami asendamiseks, selle jäikus ja eluiga on oluliselt paranenud.

Süsinikkiuga tugevdatud alumiinium- ja magneesiummaatrikskomposiitidel on kõrge eritugevus, nullilähedane soojuspaisumistegur ja hea mõõtmete stabiilsus, ja neid on edukalt kasutatud satelliidi toe loomiseks, L-riba tasapinnaline antenn, kosmoseteleskoop, satelliidi paraboloidantenn, jne; Ränikarbiidi osakestega tugevdatud alumiiniummaatrikskomposiitidel on hea jõudlus kõrgel temperatuuril ja kulumiskindlus, ning seda saab kasutada raketi- ja raketikomponentide valmistamiseks, infrapuna- ja laserjuhtimissüsteemi komponendid, täppisavioonika komponendid, jne;

Ränikarbiidkiuga tugevdatud titaanmaatrikskomposiidil on hea kõrge temperatuuritaluvus ja oksüdatsioonikindlus. See on ideaalne konstruktsioonimaterjal suure tõukejõu-kaalu suhtega mootorite jaoks. Hetkel, see on jõudnud täiustatud mootorite testimise etappi.

Relvatööstuse vallas, metallmaatriksi komposiitmaterjale saab kasutada selliste osade jaoks nagu suure kaliibriga sabauime stabiliseeritud kestade läbitungija, Helikopteri-/tankitõrje mitmeotstarbelise raketi tahke mootorkest, vähendada lõhkepea kaalu ja parandada lahinguvõimet.

4.3 Keraamilised maatrikskomposiidid

Keraamilised maatrikskomposiidid on kiududest koosnevate materjalide üldnimetus, vurrud või osakesed tugevdustena ja keraamiline maatriks teatud komposiitprotsesside kaudu. On näha, et keraamilised maatrikskomposiidid on mitmefaasilised materjalid, mis koosnevad teise faasi komponendi sisestamisest keraamilisse maatriksisse, mis ületab keraamilistele materjalidele omase rabeduse, ja sellest on saanud praeguse materjaliteaduse uurimistöö kõige aktiivsem aspekt.

Keraamilisi maatrikskomposiite iseloomustab madal tihedus, kõrge eritugevus, head termilised mehaanilised omadused ja soojuslöögikindlus, ja on üks peamisi tugimaterjale sõjatööstuse arenguks tulevikus.

Kuigi keraamilistel materjalidel on hea jõudlus kõrgel temperatuuril, nad on rabedad. Keraamiliste materjalide rabeduse parandamise meetodid hõlmavad faasimuutuskarastamist, mikropragude karastamine, dispergeeritud metallikarastus ja pidev kiudude karastamine.

Keraamilisi maatrikskomposiite kasutatakse peamiselt lennukite gaasiturbiinmootorite düüsiventiilide valmistamiseks. Neil on oluline roll mootorite tõukejõu suhte parandamisel ja kütusekulu vähendamisel.

4.4 Süsinik-süsinik komposiit

Süsinik-süsinik komposiit on komposiitmaterjal, mis koosneb süsinikkiust tugevdavast ainest ja süsinikmaatriksist. Süsinik-süsinik komposiitidel on mitmeid eeliseid, nagu kõrge eritugevus, hea soojuslöögikindlus, tugev ablatsioonikindlus, ja kavandatav jõudlus. Süsinik-süsinik komposiitide arendamine on tihedalt seotud kosmosetehnoloogia rangete nõuetega. Alates 1980. aastatest, süsinik-süsinik komposiitide uurimine on jõudnud jõudluse parandamise ja rakenduste laiendamise etappi.

Sõjatööstuses, Süsinik-süsinik komposiitide kõige märgatavam rakendus on oksüdatsioonivastane süsinik-süsinik ninakoonuse kate ja kosmosesüstiku tiiva esiserv, ja suurim kogus süsinik-süsinik tooteid on ülehelikiirusega lennukite piduriklotsid.

Süsinik-süsinik komposiitmaterjali kasutatakse peamiselt kosmosetööstuses ablatiivse materjalina ja termilise konstruktsioonimaterjalina. Täpsemalt, seda kasutatakse mandritevahelise raketi lõhkepea ninakoonuse kaanena, tahke raketiotsik ja kosmoselennuki tiiva esiserv.

Hetkel, täiustatud süsinik-süsinik otsiku materjali tihedus on 1,87–1,97 g/cm3, ja rõnga tõmbetugevus on 75–115 MPa. Hiljuti välja töötatud pikamaa mandritevaheliste rakettide otsakatted kasutavad peaaegu kõik süsinik-süsinik komposiitmaterjale.

Kaasaegse lennutehnoloogia arenguga, lennukite laadimiskvaliteet tõuseb ja maandumiskiirus suureneb, mis seab õhusõidukite hädapidurdamisele kõrgemad nõuded. Süsinik-süsinik komposiitmaterjalil on kerge kaal, Otsing, suur energia neeldumine ja hea hõõrdevõime. Seda kasutatakse laialdaselt kiiretes sõjalennukites piduriklotside valmistamiseks.

5. Ülikõrge tugevusega teras

Ülikõrge tugevusega teras on teras, mille voolavuspiir ja tõmbetugevus ületavad 1200 MPa ja 1400 MPa vastavalt. Seda on uuritud ja välja töötatud, et see vastaks õhusõiduki struktuuris kõrge eritugevusega materjalide nõuetele. Titaanisulamite ja komposiitmaterjalide kasutuse laienemise tõttu lennukites, lennukites kasutatava terase hulk on vähenenud, kuid lennukite peamised kandvad komponendid on siiski valmistatud ülitugevast terasest.

Hetkel, Esinduslik madala legeeritud ülitugev teras 300M maailmas on tüüpiline õhusõidukite teliku teras. Lisaks, madala legeeritud ülikõrge tugevusega teras D6AC on tüüpiline tahke raketimootori kesta materjal. Ülikõrge tugevusega terase arengusuund on pidevalt parandada sitkust ja pingekorrosioonikindlust, tagades samal ajal ülikõrge tugevuse.

6. Täiustatud supersulam

Supersulam on kosmosesõidukite elektrisüsteemi põhimaterjal. Supersulam on sulam, mis talub teatud pinget kõrgel temperatuuril 600–1200 oC ning millel on oksüdatsiooni- ja korrosioonikindlus.. See on kosmosemootori turbiinketta eelistatud materjal. Vastavalt erinevatele maatriksi komponentidele, supersulamid võib jagada kolme kategooriasse: rauapõhine, nikli- ja koobaltipõhine.

Mootori turbiini ketas valmistati enne 1960. aastaid sepistatud supersulamist, tüüpiliste kaubamärkidega A286 ja Inconel 718. 1970. aastatel, GE valmistas CFM56 mootori turbiiniketta kiiresti tahkunud pulbersulamist Rene95, mis suurendas oluliselt selle tõukejõu ja kaalu suhet ning tõstis oluliselt selle töötemperatuuri. Sellest ajast, pulbermetallurgia turbiinide kettad on kiiresti arenenud.

Hiljuti, Ameerika Ühendriikides pihustussadestamise kiire tahkumise teel valmistatud supersulamist turbiiniketas on oma lihtsa protsessi tõttu suure arengupotentsiaaliga ettevalmistustehnoloogia, madal hind ja hea sepistamistöötlemine võrreldes pulbrilise supersulamiga.

7. Volframisulam

Volframil on metallide seas kõrgeim sulamistemperatuur. Selle silmapaistev eelis on see, et kõrge sulamistemperatuur tagab materjalide hea tugevuse kõrgel temperatuuril ja korrosioonikindluse, ja sellel on sõjatööstuses suurepärased omadused, eriti relvatootmises. Relvatööstuses, seda kasutatakse peamiselt mitmesuguste soomust läbistavate mürskude lõhkepeade valmistamiseks.

Pulbri eeltöötlustehnoloogia ja suurte deformatsioonide tugevdamise tehnoloogia abil, volframisulam võib täpsustada materjali tera ja pikendada tera orientatsiooni, tugevuse suurendamiseks, materjali sitkus ja läbitungimisvõime. Hetkel, volframisulamit kasutatakse laialdaselt suure pikkuse ja läbimõõdu suhtega peamise lahingutanki soomust läbistava mürsu põhimaterjalina, väikese ja keskmise kaliibriga õhutõrjesoomust läbistav mürsk ja hüperkiirusega kineetilise energiaga soomust läbistav mürsk, mis muudab kõikvõimalikud soomust läbistavad mürsud võimsamaks.

8. Intermetallilised ühendid

Intermetallilistel ühenditel on pikaajaline järjestatud supervõre struktuur ja need säilitavad tugeva metallisideme, mille tõttu on neil palju erilisi füüsikalisi ja keemilisi ning mehaanilisi omadusi.

Sõjatööstuses, soojuskoormust kandvate osade valmistamiseks on kasutatud intermetallilisi ühendeid, näiteks USA Puo Company toodetud JT90 gaasiturbiinmootori labad, Ameerika Ühendriikide õhujõudude toodetud väikeste lennukimootorite rootorilabad titaanist ja alumiiniumist, Venemaa titaani ja alumiiniumi intermetallilisi ühendeid on kasutatud kuumakindlate sulamite asendamiseks pistiku ülaosas., parandab oluliselt mootori jõudlust.

Relvatööstuse vallas, K18 nikli baasil supersulamit kasutatakse paagimootori ülelaaduri turbiinimaterjalina. Selle suure suhte ja suure käivitusinertsuse tõttu, see mõjutab paagi kiirendusvõimet. Titaan-alumiinium intermetallilise ühendi ja selle komposiitkerge ja kuumakindla uue materjali, mis on tugevdatud alumiiniumoksiidi ja ränikarbiidkiuga, kasutamine võib oluliselt parandada tanki käivitusvõimet ja parandada selle elujõulisust lahinguväljal..

Lisaks, intermetallilisi ühendeid saab kaalu vähendamiseks kasutada ka mitmesugustes kuumakindlates komponentides, parandada töökindlust ja võidelda tehniliste näitajatega.

9. Konstruktsioonikeraamika

Keraamiline materjal on tänapäeval kõige kiiremini arenev kõrgtehnoloogiline materjal maailmas. See on arenenud ühefaasilisest keraamikast mitmefaasiliseks komposiitkeraamikaks. Struktuursetel keraamilistel materjalidel on head kasutusväljavaated sõjatööstuses tänu nende suurepärastele omadustele nagu kõrge temperatuuritaluvus, madal tihedus, kulumiskindlus ja madal soojuspaisumistegur.
Viimastel aastatel, militaarmootorite konstruktsioonikeraamika alal on tehtud mitmesuguseid uurimistöid kodu- ja välismaal.

Näiteks, rakendatud on mootori ülelaaduri väike turbiin; Ameerika Ühendriigid paigaldavad kolvi ülaosale keraamilised plaadid, mis parandab oluliselt kolvi kasutusiga ja parandab ka mootori soojuslikku efektiivsust. Saksamaa paigaldab väljalaskeavasse keraamilisi komponente, et parandada väljalaskeava kasutamise tõhusust. Võõra infrapuna termokaamera miniatuurse Stirlingi külmiku kolvihülss ja silindrihülss on valmistatud keraamilistest materjalidest, ja nende kasutusiga on kuni 2000 tundi; Raketi güroskoobi võimsust varustab püssirohugaas, kuid püssirohujääk gaasis kahjustab tõsiselt güroskoopi.

Gaasi jääkide kõrvaldamiseks ja raketi tabamuse täpsuse parandamiseks, on vaja uurida raketi püssirohugaasi 2000oC juures töötamiseks sobivat keraamilist filtrimaterjali. Relvatööstuse vallas, struktuurkeraamikat kasutatakse laialdaselt turboülelaaduriga turbiinides, kolvi kroon, väljalaskeava sisestus, jne. peamise lahingutanki mootorist, ning on uute relvade ja varustuse võtmematerjalid. Hetkel, 20-30 mm kaliibriga kuulipilduja raadiosageduse nõue on rohkem kui 1200 ringi/minutis, mis muudab tünni erosiooni äärmiselt tõsiseks. Keraamika kõrge sulamistemperatuur ja kõrge temperatuuri keemiline stabiilsus võivad tõhusalt pärssida tõsist püstolitoru erosiooni. Keraamilisel materjalil on kõrge surve- ja roomamiskindlus. Läbi mõistliku disaini, keraamiline materjal suudab säilitada kolmemõõtmelise kokkusurumisoleku, ületada selle rabedus, ja tagama keraamilise voodri ohutu kasutamise.