Grand marché de nouveaux matériaux pour l'industrie militaire (une)

Grand marché de nouveaux matériaux pour l'industrie militaire (une)

Nouveaux matériaux, également connu sous le nom de matériaux avancés, font référence à de nouveaux matériaux qui ont fait l'objet de recherches réussies et sont en cours de développement et qui ont d'excellentes caractéristiques et fonctions et peuvent répondre aux besoins de la haute technologie. Le développement de l'histoire humaine montre que les matériaux sont la base matérielle et le guide du développement social, tandis que les nouveaux matériaux sont le jalon du progrès social.

La technologie des matériaux a toujours été un domaine très important dans la planification du développement scientifique et technologique de tous les pays du monde.. En collaboration avec la technologie de l'information, biotechnologie et technologie énergétique, elle est reconnue comme une haute technologie qui dominera la situation humaine globale dans la société d’aujourd’hui et pour longtemps dans le futur.. La haute technologie des matériaux est également la technologie clé de l'industrie moderne qui soutient la civilisation humaine d'aujourd'hui., et constitue également la base matérielle la plus importante de la force de défense nationale d’un pays.. L’industrie de la défense nationale est souvent l’utilisateur prioritaire des nouvelles avancées technologiques en matière de matériaux.. La recherche et le développement de nouvelles technologies matérielles jouent un rôle décisif dans le développement de l'industrie nationale de la défense, ainsi que des armes et équipements..

Importance stratégique des nouveaux matériels militaires

Les nouveaux matériels militaires constituent la base matérielle de la nouvelle génération d’armes et d’équipements, et aussi la technologie clé dans le domaine militaire du monde aujourd'hui. La nouvelle technologie matérielle militaire est la nouvelle technologie matérielle utilisée dans le domaine militaire., est la clé des armes et équipements modernes et sophistiqués, et constitue un élément important de la haute technologie militaire. Les pays du monde entier ont attaché une grande importance au développement de nouvelles technologies militaires en matière de matériaux.. Accélérer le développement de nouvelles technologies militaires en matière de matériaux est une condition préalable importante au maintien du leadership militaire..

Situation actuelle et développement de nouveaux matériels militaires

Les nouveaux matériaux militaires peuvent être divisés en matériaux structurels et matériaux fonctionnels selon leurs utilisations., qui sont principalement utilisés dans l'industrie aéronautique, industrie aérospaciale, industrie de l'armement et industrie navale.

Matériaux de structure militaires

1. Alliage d'aluminium

L'alliage d'aluminium est le matériau de structure métallique le plus largement utilisé dans l'industrie militaire.. L'alliage d'aluminium présente les caractéristiques d'une faible densité, haute résistance et bonnes performances de traitement. En tant que matériau de structure, en raison de ses excellentes performances de traitement, il peut être transformé en différentes sections de profils, tuyaux, plaques à nervures élevées, etc., pour exploiter pleinement le potentiel des matériaux et améliorer la rigidité et la résistance des composants. Donc, L'alliage d'aluminium est le matériau structurel léger préféré pour les armes légères..

Dans l'industrie aéronautique, l'alliage d'aluminium est principalement utilisé pour fabriquer la peau des avions, cadre de séparation, poutre longue et bande d'affûtage; Dans l'industrie aérospatiale, l'alliage d'aluminium est un matériau important pour les pièces structurelles des lanceurs et des engins spatiaux. Dans le domaine des armes, l'alliage d'aluminium a été utilisé avec succès dans les véhicules de combat d'infanterie et les véhicules de transport blindés. Les tourelles d'obusiers récemment développées utilisent également un grand nombre de nouveaux matériaux en alliage d'aluminium..

Au cours des dernières années, la consommation d'alliage d'aluminium dans l'industrie aérospatiale a diminué, mais c'est toujours l'un des principaux matériaux de structure de l'industrie militaire. La tendance de développement des alliages d'aluminium est de rechercher une haute pureté, haute résistance, haute ténacité et résistance aux températures élevées. Les alliages d'aluminium utilisés dans l'industrie militaire comprennent principalement l'alliage d'aluminium et de lithium., alliage d'aluminium et de cuivre (2000 série) et alliage d'aluminium, de zinc et de magnésium (7000 série).

Le nouvel alliage Al-Li est utilisé dans l'industrie aéronautique, et il est prévu que le poids de l'avion diminuera de 8 à 15 %; L'alliage Al-Li deviendra également un matériau structurel candidat pour les véhicules aérospatiaux et les coques de missiles à paroi mince.. Avec le développement rapide de l’industrie aérospatiale, l'objectif de recherche de l'alliage Al-Li est toujours de résoudre les problèmes de mauvaise ténacité dans le sens de l'épaisseur et de réduction des coûts.

2. Alliage de magnésium

En tant que matériau métallique d'ingénierie le plus léger, l'alliage de magnésium possède une série de propriétés uniques, comme la densité légère, résistance spécifique et rigidité spécifiques élevées, bon amortissement et conductivité thermique, forte capacité de blindage électromagnétique, et bonne absorption des chocs, qui répond grandement aux besoins de l'aérospatiale, armes modernes et autres domaines militaires.

L'alliage de magnésium a de nombreuses applications dans les équipements militaires, comme le cadre du siège du réservoir, miroir du commandant, miroir du tireur, boîte de vitesses, base de filtre moteur, tuyaux d'entrée et de sortie, base de distributeur d'air, boîtier de pompe à huile, boîtier de pompe à eau, échangeur de chaleur à huile, boîtier de filtre à huile, couvercle de soupape, respirateur et autres pièces de véhicule; Cabine de support et peau d'aileron, panneau mural, cadre de renforcement, gouvernail, cadre de séparation et autres composants de missiles et de missiles de missiles de défense aérienne tactique; Combattants, bombardiers, hélicoptères, avion de transport, radar aéroporté, missiles sol-air, fusées porteuses, satellites et autres composants d'engins spatiaux. L'alliage de magnésium a les caractéristiques de légèreté, bonne résistance spécifique et rigidité, bonnes performances d'amortissement, interférence électromagnétique et forte capacité de blindage, qui peut répondre aux exigences des produits militaires en matière de réduction de poids, absorption du bruit, absorption des chocs et radioprotection. Il joue un rôle très important dans la construction de l'aérospatiale et de la défense nationale, et constitue le matériau structurel clé requis pour les armes et les équipements tels que les avions., satellites, missiles, avions de combat et véhicules de combat.

3. Alliage de titane

L'alliage de titane a une haute résistance à la traction (441~1470MPa), faible densité (4.5g/cm3), excellente résistance à la corrosion, résistance à l'endurance à haute température et bonne résistance aux chocs à basse température à 300 ~ 550 ℃, et constitue un matériau structurel léger idéal. L'alliage de titane présente les caractéristiques fonctionnelles de la superplasticité. Utilisation de la technologie de liaison formation-diffusion superplastique, l'alliage peut être transformé en produits de forme complexe et de taille précise avec peu de consommation d'énergie et de matière.

L'application de l'alliage de titane dans l'industrie aéronautique consiste principalement à fabriquer des pièces structurelles de fuselage d'avion., train d'atterrissage, poutres de support, disques de compresseur de moteur, lames et joints, etc.; Dans l'industrie aérospatiale, les alliages de titane sont principalement utilisés pour fabriquer des composants porteurs, cadres, les bouteilles de gaz, récipients sous pression, coques de turbopompe, coques de moteur-fusée solide, buses et autres composants.

Parmi les alliages de titane existants pour l'aéronautique, le plus largement utilisé est l’alliage Ti-6Al-4V de type a+b. Au cours des dernières années, l’Occident et la Russie ont successivement développé deux nouveaux alliages de titane, qui sont des alliages de titane à haute résistance, haute ténacité, soudabilité et bonne formabilité, et haute température, alliages de titane à haute résistance et ignifuges. Ces deux alliages de titane avancés ont de bonnes perspectives d'application dans la future industrie aérospatiale.

Avec le développement de la guerre moderne, les forces armées ont besoin de systèmes d'obusiers avancés dotés de puissants, longue portée, haute précision et capacité de réponse rapide. L'une des technologies clés du système d'obusier avancé est la nouvelle technologie des matériaux. Le poids léger d'une tourelle de canon automoteur, les composants et les matériaux pour les véhicules blindés en métal léger sont une tendance inévitable dans le développement d'armes. Sur le principe d’assurer des performances dynamiques et protectrices, les alliages de titane sont largement utilisés dans les armes militaires.

Dans le passé, il y a longtemps, l'alliage de titane a été considérablement limité dans son application en raison de son coût de fabrication élevé. Au cours des dernières années, des pays du monde entier développent activement des alliages de titane à faible coût. Tout en réduisant les coûts, ils doivent également améliorer les propriétés des alliages de titane.

4. Matériaux composites

4.1 Composites à matrice de résine

Les composites à base de résine sont largement utilisés dans l'industrie militaire en raison de leur bonne formabilité., haute résistance spécifique, module spécifique élevé, faible densité, Resistance à la fatigue, absorption des chocs, résistance à la corrosion chimique, bonnes propriétés diélectriques et faible conductivité thermique.

Dans l'industrie aéronautique, les composites à matrice de résine sont utilisés pour fabriquer des ailes d'avion, fuselage, canards, queues plates et ponceaux externes moteur; Dans le domaine aérospatial, les composites à matrice de résine ne sont pas seulement des matériaux importants pour le gouvernail, radar et entrée, mais peut également être utilisé pour fabriquer la coque d'isolation thermique de la chambre de combustion du moteur-fusée solide, et peut également être utilisé comme matériau de protection thermique ablative de la buse du moteur. Le nouveau composite de résine cyanate développé ces dernières années présente les avantages d'une forte résistance à l'humidité, bonne propriété diélectrique micro-ondes et bonne stabilité dimensionnelle, et est largement utilisé pour fabriquer des structures aérospatiales, structures porteuses primaires et secondaires d'avions et radômes radar.

4.2 Composites à matrice métallique

Les composites à matrice métallique ont été largement utilisés dans l'industrie militaire en raison de leur résistance spécifique élevée., module spécifique élevé, bonnes performances à haute température, faible coefficient de dilatation thermique, bonne stabilité dimensionnelle, et une excellente conductivité thermique.

Aluminium, le magnésium et le titane sont les principaux substrats des composites à matrice métallique, et les matériaux de renforcement peuvent généralement être divisés en trois catégories: fibre, particule et moustache. Parmi eux, les composites à matrice d'aluminium renforcés de particules sont entrés dans la vérification du modèle. Par exemple, lorsqu'il est utilisé comme aileron ventral des avions de combat F-16 pour remplacer l'alliage d'aluminium, sa rigidité et sa durée de vie ont été grandement améliorées.

Les composites à matrice d'aluminium et de magnésium renforcés de fibres de carbone ont une résistance spécifique élevée, coefficient de dilatation thermique proche de zéro et bonne stabilité dimensionnelle, et ont été utilisés avec succès pour prendre en charge les satellites, Antenne plane en bande L, télescope spatial, antenne paraboloïde satellite, etc.; Les composites à matrice d'aluminium renforcés de particules de carbure de silicium ont de bonnes performances à haute température et une bonne résistance à l'usure, et peut être utilisé pour fabriquer des composants de fusées et de missiles, composants de systèmes de guidage infrarouge et laser, composants avioniques de précision, etc.;

Le composite à matrice de titane renforcé de fibres de carbure de silicium présente une bonne résistance aux températures élevées et à l'oxydation.. C'est un matériau structurel idéal pour les moteurs à rapport poussée/poids élevé.. Maintenant, il est entré dans la phase de test des moteurs avancés.

Dans le domaine de l'industrie de l'armement, Les matériaux composites à matrice métallique peuvent être utilisés pour des pièces telles que le sabot d'un pénétrateur de bombardement stabilisé à nageoire caudale de gros calibre., coque de moteur solide de missile polyvalent anti-hélicoptère/antichar, réduire le poids de l'ogive et améliorer la capacité de combat.

4.3 Composites à matrice céramique

Les composites à matrice céramique sont le terme général désignant les matériaux composés de fibres, moustaches ou particules comme renforts et matrice céramique grâce à certains procédés composites. On peut voir que les composites à matrice céramique sont des matériaux multiphasés composés de l'introduction du composant de deuxième phase dans la matrice céramique., qui surmonte la fragilité inhérente aux matériaux céramiques, et est devenu l'aspect le plus actif de la recherche actuelle en science des matériaux.

Les composites à matrice céramique se caractérisent par une faible densité, haute résistance spécifique, bonnes propriétés thermomécaniques et résistance aux chocs thermiques, et constituent l'un des principaux matériaux de soutien pour le développement de l'industrie militaire à l'avenir..

Bien que les matériaux céramiques aient de bonnes performances à haute température, ils sont fragiles. Les méthodes permettant d'améliorer la fragilité des matériaux céramiques comprennent la trempe par transformation de phase, durcissement par microfissures, trempe métallique dispersée et trempe continue des fibres.

Les composites à matrice céramique sont principalement utilisés pour fabriquer des soupapes de tuyère pour les moteurs à turbine à gaz d'avions.. Ils jouent un rôle important dans l’amélioration du rapport poids/ poussée des moteurs et dans la réduction de la consommation de carburant..

4.4 Composite carbone-carbone

Le composite carbone-carbone est un matériau composite composé d'un agent de renforcement de fibre de carbone et d'une matrice de carbone. Les composites carbone-carbone présentent de nombreux avantages, comme une résistance spécifique élevée, bonne résistance aux chocs thermiques, forte résistance à l'ablation, et performances concevables. Le développement des composites carbone-carbone est étroitement lié aux exigences strictes de la technologie aérospatiale.. Depuis les années 1980, la recherche sur les composites carbone-carbone est entrée dans une phase d'amélioration des performances et d'expansion des applications.

Dans l'industrie militaire, l'application la plus notable des composites carbone-carbone est le capuchon anti-oxydation du cône avant carbone-carbone et le bord d'attaque de l'aile de la navette spatiale, et la plus grande quantité de produits carbone-carbone sont les plaquettes de frein des avions supersoniques.

Le matériau composite carbone-carbone est principalement utilisé comme matériau ablatif et matériau de structure thermique dans l'aérospatiale.. Spécifiquement, il est utilisé comme capuchon de nez d'ogive de missile intercontinental, tuyère de fusée solide et bord d'attaque de l'aile d'un avion aérospatial.

Maintenant, la densité du matériau avancé de buse carbone-carbone est de 1,87 ~ 1,97 g/cm3, et la résistance à la traction du cerceau est de 75 ~ 115 MPa. Les embouts de missiles intercontinentaux à longue portée récemment développés utilisent presque tous des matériaux composites carbone-carbone..

Avec le développement de la technologie aéronautique moderne, la qualité de chargement des avions augmente et la vitesse d'atterrissage augmente, qui met en avant des exigences plus élevées pour le freinage d'urgence des avions. Le matériau composite carbone-carbone est léger, Quelles sont les utilisations du quartz, grande absorption d'énergie et bonnes performances de friction. Il est largement utilisé dans les avions militaires à grande vitesse pour fabriquer des plaquettes de frein..

5. Acier à ultra haute résistance

L'acier à ultra haute résistance est un acier dont la limite d'élasticité et la résistance à la traction dépassent 1200 MPa et 1400 MPa respectivement. Il est recherché et développé pour répondre aux exigences des matériaux à haute résistance spécifique dans la structure des avions.. En raison de l'expansion de l'application des alliages de titane et des matériaux composites dans les avions, la quantité d'acier utilisée dans les avions a diminué, mais les principaux composants porteurs des avions sont toujours en acier à ultra haute résistance.

Maintenant, l'acier à très haute résistance faiblement allié 300M, représentatif dans le monde, est un acier typique pour les trains d'atterrissage d'avions. En outre, L'acier à ultra-haute résistance faiblement allié D6AC est un matériau typique de coque de moteur de fusée solide. La tendance de développement de l'acier à ultra haute résistance est d'améliorer continuellement la ténacité et la résistance à la corrosion sous contrainte tout en garantissant une résistance ultra élevée..

6. Superalliage avancé

Le superalliage est le matériau clé du système d'alimentation aérospatial. Le superalliage est un alliage qui peut supporter certaines contraintes à haute température de 600 ~ 1 200 °C et possède la capacité de résistance à l'oxydation et à la corrosion.. C'est le matériau préféré pour le disque de turbine des moteurs aérospatiaux. Selon les différents composants de la matrice, les superalliages peuvent être divisés en trois catégories: à base de fer, à base de nickel et à base de cobalt.

Le disque de turbine du moteur était en superalliage forgé avant les années 1960, avec des marques typiques d'A286 et d'Inconel 718. Dans les années 1970, GE a fabriqué un disque de turbine de moteur CFM56 avec de la poudre en alliage Rene95 rapidement solidifiée, ce qui a considérablement augmenté son rapport poussée/poids et a considérablement augmenté sa température de service. Depuis, les disques de turbine de métallurgie des poudres se sont développés rapidement.

Récemment, le disque de turbine en superalliage fabriqué par un procédé de solidification rapide par dépôt par pulvérisation aux États-Unis constitue une technologie de préparation présentant un grand potentiel de développement en raison de la simplicité de son procédé, faible coût et bonnes performances de traitement de forgeage par rapport au superalliage en poudre.

7. Alliage de tungstène

Le tungstène a le point de fusion le plus élevé parmi les métaux. Son avantage exceptionnel est que le point de fusion élevé apporte une bonne résistance aux températures élevées et à la corrosion des matériaux., et il présente d'excellentes caractéristiques dans l'industrie militaire, surtout dans la fabrication d'armes. Dans l'industrie de l'armement, il est principalement utilisé pour fabriquer des ogives de divers projectiles perforants.

Grâce à la technologie de prétraitement des poudres et à la technologie de renforcement des grandes déformations, l'alliage de tungstène peut affiner le grain du matériau et allonger l'orientation du grain, afin d'améliorer la force, ténacité et pouvoir de pénétration du matériau. Maintenant, L'alliage de tungstène est largement utilisé comme matériau de base pour le projectile perforant du char de combat principal avec un grand rapport longueur-diamètre., projectile antiaérien perforant de petit et moyen calibre et projectile perforant à énergie cinétique à hypervitesse, ce qui rend toutes sortes de projectiles perforants plus puissants.

8. Composés intermétalliques

Les composés intermétalliques ont une structure de super-réseau ordonnée à longue portée et maintiennent une forte liaison métallique, ce qui leur confère de nombreuses propriétés physiques et chimiques particulières ainsi que des propriétés mécaniques.

Dans l'industrie militaire, des composés intermétalliques ont été utilisés pour fabriquer des pièces qui supportent des charges thermiques, comme les aubes de moteur de turbine à gaz JT90 fabriquées par la société américaine Puo, les pales du rotor des moteurs de petits avions fabriqués par l'armée de l'air américaine avec du titane et de l'aluminium, et les composés intermétalliques russes de titane et d'aluminium ont été utilisés pour remplacer les alliages résistants à la chaleur comme dessus de bouchon., améliorant considérablement les performances du moteur.

Dans le domaine de l'industrie de l'armement, Le superalliage à base de nickel K18 est utilisé comme matériau de turbine pour le compresseur de moteur de réservoir. En raison de son rapport élevé et de sa grande inertie de démarrage, les performances d'accélération du réservoir sont affectées. L'application d'un composé intermétallique titane-aluminium et de son nouveau matériau composite léger et résistant à la chaleur renforcé par de l'oxyde d'aluminium et des fibres de carbure de silicium peut considérablement améliorer les performances de démarrage du char et améliorer sa viabilité sur le champ de bataille..

En outre, les composés intermétalliques peuvent également être utilisés dans une variété de composants résistants à la chaleur pour réduire le poids, améliorer la fiabilité et combattre les indicateurs techniques.

9. Céramique structurelle

Le matériau céramique est aujourd’hui le matériau de haute technologie qui se développe le plus rapidement au monde.. Elle est passée de la céramique monophasée à la céramique composite multiphasée. Les matériaux céramiques structurels ont de bonnes perspectives d'application dans l'industrie militaire en raison de leurs excellentes propriétés telles que la résistance aux températures élevées., faible densité, résistance à l'usure et faible coefficient de dilatation thermique.
Au cours des dernières années, de nombreux travaux de recherche ont été menés en Allemagne et à l'étranger sur les céramiques structurelles destinées aux moteurs militaires..

Par exemple, la petite turbine du compresseur de moteur a été appliquée; Les États-Unis incrustent des plaques de céramique sur le dessus du piston, ce qui améliore considérablement la durée de vie du piston et améliore également l'efficacité thermique du moteur. L'Allemagne incruste des composants en céramique dans l'orifice d'échappement pour améliorer l'efficacité d'utilisation de l'orifice d'échappement. Le manchon de piston et le manchon de cylindre du réfrigérateur Stirling miniature sur la caméra thermique infrarouge étrangère sont constitués de matériaux céramiques, et leur durée de vie est jusqu'à 2000 heures; La puissance du gyroscope du missile est fournie par du gaz de poudre à canon, mais les résidus de poudre à canon dans le gaz endommagent gravement le gyroscope.

Afin d'éliminer les résidus dans le gaz et d'améliorer la précision de frappe du missile, il est nécessaire d'étudier le matériau du filtre en céramique adapté au gaz de poudre de missile pour fonctionner à 2000°C. Dans le domaine de l'industrie de l'armement, les céramiques structurelles sont largement utilisées dans la turbine du turbocompresseur, couronne de piston, incrustation d'orifice d'échappement, etc.. du moteur du char de combat principal, et sont les matériaux clés des nouvelles armes et équipements. Maintenant, les besoins en radiofréquence de la mitrailleuse de calibre 20-30 mm sont supérieurs à 1200 tours/minute, ce qui rend l'érosion en barillet extrêmement grave. Le point de fusion élevé et la stabilité chimique à haute température de la céramique peuvent inhiber efficacement l'érosion grave du tube du pistolet.. Le matériau céramique présente des caractéristiques élevées de compression et de résistance au fluage. Grâce à une conception raisonnable, le matériau céramique peut maintenir l'état de compression tridimensionnel, surmonter sa fragilité, et garantir l'utilisation sûre du revêtement en céramique.