군수산업용 신소재의 대규모 시장 (하나)

군수산업용 신소재의 대규모 시장 (하나)

신소재, 고급 소재라고도 함, 성공적으로 연구 개발되고 있는 신소재로서 특성과 기능이 우수하고 첨단 기술의 요구를 충족시킬 수 있는 신소재를 말합니다.. 인류역사의 발전은 물질이 사회발전의 물질적 토대이자 길잡이임을 보여준다., 신소재는 사회진보의 이정표.

재료기술은 세계 각국의 과학기술 발전 계획에서 언제나 매우 중요한 분야였습니다.. 정보기술과 함께, 생명공학과 에너지 기술, 오늘날 사회는 물론 앞으로도 오랫동안 인류의 전반적인 상황을 지배할 첨단 기술로 인식되고 있습니다.. 소재의 첨단기술은 오늘날 인류문명을 지탱하는 현대산업의 핵심기술이기도 합니다., 나라의 국방력의 가장 중요한 물질적 기초이기도 합니다. 국방산업은 신소재 기술 성과의 우선순위 사용자인 경우가 많습니다.. 신소재기술의 연구개발은 국가방위산업과 무기장비 발전에 결정적인 역할을 담당.

군사신소재의 전략적 중요성

새로운 군사재료는 차세대 무기와 장비의 물질적 기초이다, 오늘날 세계 군사분야의 핵심기술이기도 합니다. 군용신소재기술은 군분야에서 사용되는 신소재기술을 말한다., 현대의 정교한 무기와 장비의 핵심입니다, 군사 첨단 기술의 중요한 구성 요소입니다.. 세계 각국은 군사신소재 기술 개발을 매우 중시해 왔습니다.. 군 신소재 기술 개발 가속화는 군 리더십 유지를 위한 중요한 전제.

군수신소재 현황 및 개발

군수신소재는 용도에 따라 구조재와 기능성 소재로 구분된다., 항공산업에서 주로 사용되는, 항공 우주 산업, 무기 산업과 선박 산업.

군용구조자재

1. 알루미늄 합금

알루미늄 합금은 군사 산업에서 가장 널리 사용되는 금속 구조 재료였습니다.. 알루미늄 합금은 밀도가 낮은 특성을 가지고 있습니다., 고강도 및 우수한 가공 성능. 구조재료로는, 처리 성능이 뛰어나기 때문에, 다양한 프로필 섹션으로 만들 수 있습니다., 파이프, 골이 많은 접시, 등., 소재의 잠재력을 최대한 발휘하고 부품의 강성과 강도를 향상시킵니다.. 그러므로, 알루미늄 합금은 무기 경량화에 선호되는 경량 구조 재료입니다..

항공산업에서는, 알루미늄 합금은 주로 항공기 피부 제조에 사용됩니다., 파티션 프레임, 긴 빔 및 호닝 스트립; 항공우주산업에서는, 알루미늄 합금은 발사체 및 우주선의 구조 부품에 중요한 재료입니다.. 무기 분야에서는, 알루미늄 합금은 보병 전투 차량 및 장갑차에 성공적으로 사용되었습니다.. 최근 개발된 곡사포 포탑에도 다수의 새로운 알루미늄 합금 소재가 사용됩니다..

최근 몇 년 동안, 항공우주 산업의 알루미늄 합금 소비가 감소했습니다., 그러나 그것은 여전히 ​​군사 산업의 주요 구조 재료 중 하나입니다.. 알루미늄 합금의 발전 추세는 고순도를 추구하는 것입니다., 고강도, 높은 인성과 고온 저항. 군사 산업에 사용되는 알루미늄 합금에는 주로 알루미늄 리튬 합금이 포함됩니다., 알루미늄 구리 합금 (2000 시리즈) 및 알루미늄 아연 마그네슘 합금 (7000 시리즈).

새로운 Al-Li 합금이 항공 산업에 적용됩니다., 항공기 중량은 8~15% 정도 감소할 것으로 예상된다.; Al-Li 합금은 또한 항공우주 차량 및 얇은 벽의 미사일 포탄을 위한 후보 구조 재료가 될 것입니다.. 항공우주산업의 급속한 발전으로, Al-Li 합금의 연구 초점은 여전히 ​​두께 방향의 인성이 좋지 않고 비용 절감 문제를 해결하는 것입니다..

2. 마그네슘 합금

가장 가벼운 엔지니어링 금속 소재로서, 마그네슘 합금은 일련의 독특한 특성을 가지고 있습니다., 가벼운 비중과 같은, 높은 비강도 및 비강성, 좋은 감쇠 및 열 전도성, 강력한 전자파 차폐 능력, 그리고 충격 흡수도 잘 되고, 항공 우주의 요구를 크게 충족시키는, 현대 무기 및 기타 군사 분야.

마그네슘 합금은 군사 장비에 다양한 용도로 사용됩니다., 탱크 시트 프레임과 같은, 지휘관의 거울, 포수의 거울, 기어박스 박스, 엔진 필터 베이스, 입구 및 출구 파이프, 공기 분배기 베이스, 오일 펌프 하우징, 워터 펌프 하우징, 오일 열교환기, 오일 필터 하우징, 밸브 커버, 호흡기 및 기타 차량 부품; 캐빈 및 에일러론 스킨 지원, 벽 패널, 강화 프레임, 방향타판, 전술 방공 미사일의 파티션 프레임 및 기타 미사일 및 미사일 구성 요소; 전투기, 폭격기, 헬리콥터, 수송 항공기, 공중 레이더, 지대공 미사일, 캐리어 로켓, 위성 및 기타 우주선 구성 요소. 마그네슘 합금은 가벼운 특성을 가지고 있습니다., 좋은 비강도와 강성, 좋은 댐핑 성능, 전자기 간섭 및 강력한 차폐 능력, 경량화를 위한 군용 제품의 요구 사항을 충족할 수 있는 제품입니다., 소음 흡수, 충격 흡수 및 방사선 보호. 항공우주 및 국방건설에서 매우 중요한 역할을 담당하고 있습니다., 항공기 등 무기 및 장비에 필요한 핵심 구조자재입니다., 위성, 미사일, 전투기와 전투차량.

3. 티타늄 합금

티타늄 합금은 인장 강도가 높습니다. (441~1470MPa), 낮은 밀도 (4.5g/cm3), 우수한 내식성, 300~550 ℃에서 고온 내구성 강도 및 우수한 저온 충격 인성, 이상적인 경량 구조 재료입니다.. 티타늄 합금은 초가소성의 기능적 특성을 가지고 있습니다.. 초소성 형성-확산 접합 기술 사용, 합금은 에너지 소비와 재료 소비가 거의 없이 복잡한 형상과 정확한 크기의 제품으로 만들 수 있습니다..

항공 산업에서 티타늄 합금을 적용하는 것은 주로 항공기 동체 구조 부품을 만드는 것입니다., 착륙 장치, 지지대, 엔진 압축기 디스크, 블레이드와 조인트, 등; 항공우주산업에서는, 티타늄 합금은 주로 내하중 부품을 만드는 데 사용됩니다., 프레임, 가스 실린더, 압력 용기, 터보펌프 쉘, 고체 로켓 모터 껍질, 노즐 및 기타 구성품.

기존의 항공우주용 티타늄 합금 중, 가장 널리 사용되는 것은 a+b 유형 Ti-6Al-4V 합금입니다.. 최근 몇 년 동안, 서방과 러시아는 두 가지 새로운 티타늄 합금을 연속적으로 개발했습니다., 고강도 티타늄 합금입니다., 높은 인성, 용접성 및 성형성이 양호함, 그리고 고온, 고강도 및 난연성 티타늄 합금. 이 두 가지 고급 티타늄 합금은 미래 항공우주 산업에서 좋은 응용 전망을 가지고 있습니다..

현대전쟁의 발달과 함께, 군대에는 강력한 성능을 갖춘 고급 곡사포 시스템이 필요합니다., 장거리, 높은 정확도와 빠른 응답 능력. 첨단곡사포체계의 핵심기술 중 하나는 신소재기술이다.. 자주포 포탑의 경량화, 경금속 장갑차 부품소재는 무기개발의 피할 수 없는 추세. 역동적이고 보호적인 성능 보장을 전제로, 티타늄 합금은 군용 무기에 널리 사용됩니다..

예전에는 꽤 오랫동안, 티타늄 합금은 제조 비용이 높기 때문에 적용이 크게 제한되었습니다.. 최근 몇 년 동안, 세계 각국에서는 저가형 티타늄 합금 개발에 적극적으로 나서고 있습니다.. 비용을 절감하면서, 또한 티타늄 합금의 특성도 개선해야 합니다..

4. 복합 재료

4.1 수지 매트릭스 복합재

수지 기반 복합재는 우수한 성형성으로 인해 군사 산업에서 널리 사용됩니다., 높은 비강도, 높은 비계수, 낮은 밀도, 피로 저항, 충격 흡수, 화학적 내식성, 좋은 유전 특성과 낮은 열전도율.

항공산업에서는, 수지 매트릭스 복합재는 항공기 날개 제조에 사용됩니다., 동체, 즈크 바지, 평평한 꼬리와 엔진 외부 암거; 항공우주 분야에서, 수지 매트릭스 복합재는 방향타의 중요한 재료일 뿐만 아니라, 레이더와 입구, 고체 로켓 모터 연소실의 단열 쉘을 제조하는 데에도 사용할 수 있습니다., 엔진 노즐의 열 보호 재료로도 사용할 수 있습니다.. 최근 개발된 새로운 시아네이트 수지 복합재는 내습성이 강한 장점이 있습니다., 우수한 마이크로파 유전 특성 및 우수한 치수 안정성, 항공우주 구조물을 만드는 데 널리 사용됩니다., 항공기 1차 및 2차 하중 지지 구조물 및 레이더 레이돔.

4.2 금속 매트릭스 복합재

금속 매트릭스 복합재는 비강도가 높기 때문에 군사 산업에서 널리 사용되었습니다., 높은 비계수, 좋은 고온 성능, 낮은 열팽창 계수, 좋은 치수 안정성, 그리고 우수한 열전도율.

알류미늄, 마그네슘과 티타늄은 금속 매트릭스 복합재의 주요 기판입니다., 보강재는 일반적으로 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.: 섬유, 입자와 수염. 그들 중, 입자 강화 알루미늄 매트릭스 복합재가 모델 검증에 들어갔습니다.. 예를 들어, 알루미늄 합금을 대체하기 위해 F-16 전투기의 벨리핀으로 사용되는 경우, 강성과 수명이 크게 향상되었습니다..

탄소 섬유 강화 알루미늄 및 마그네슘 매트릭스 복합재는 비강도가 높습니다., 열팽창 계수가 0에 가깝고 치수 안정성이 우수함, 위성 지원에 성공적으로 사용되었습니다., L-대역 평면 안테나, 우주 망원경, 위성 포물면 안테나, 등; 실리콘 카바이드 입자 강화 알루미늄 매트릭스 복합재는 우수한 고온 성능과 내마모성을 갖습니다., 로켓과 미사일 부품을 만드는 데 사용될 수 있습니다., 적외선 및 레이저 유도 시스템 구성 요소, 정밀 항공 전자 부품, 등;

탄화 규소 섬유 강화 티타늄 매트릭스 복합재는 고온 저항성과 내 산화성이 우수합니다.. 추력비가 높은 엔진에 이상적인 구조재료입니다.. 현재, 첨단 엔진 테스트 단계에 진입했습니다..

무기산업 분야에서는, 금속 매트릭스 복합 재료는 대구경 꼬리 지느러미 안정화 포격 관통 장치의 사보와 같은 부품에 사용될 수 있습니다., 대헬기/대전차 다목적 미사일의 견고한 모터 쉘, 탄두 중량 감소 및 전투능력 향상을 위해.

4.3 세라믹 매트릭스 복합재

세라믹 매트릭스 복합재는 섬유로 구성된 재료의 총칭입니다., 특정 복합 공정을 통해 보강재 및 세라믹 매트릭스로 사용되는 위스커 또는 입자. 세라믹 매트릭스 복합재는 세라믹 매트릭스에 두 번째 상 성분을 도입하여 구성된 다상 재료임을 알 수 있습니다., 세라믹 소재 고유의 취성을 극복한 소재, 현재 재료과학 연구의 가장 활발한 분야가 되었습니다..

세라믹 매트릭스 복합재는 밀도가 낮은 것이 특징입니다., 높은 비강도, 우수한 열적 기계적 특성 및 열충격 저항성, 미래 군수산업 발전을 위한 핵심 지원자료 중 하나입니다..

세라믹 재료는 고온 성능이 우수하지만, 그들은 부서지기 쉽다. 세라믹 재료의 취성을 개선하는 방법에는 상변태 강화가 포함됩니다., 미세균열 강화, 분산 금속 강화 및 연속 섬유 강화.

세라믹 매트릭스 복합재는 주로 항공기 가스 터빈 엔진용 노즐 밸브를 만드는 데 사용됩니다.. 엔진의 추력 중량비를 향상시키고 연료 소비를 줄이는 데 중요한 역할을 합니다..

4.4 탄소-탄소 복합물

탄소-탄소복합체는 탄소섬유 강화제와 탄소 매트릭스로 구성된 복합재료입니다.. 탄소-탄소 복합재에는 일련의 장점이 있습니다., 높은 비강도와 같은, 좋은 열충격 저항, 강한 절제 저항, 그리고 디자인 가능한 성능. 탄소-탄소 복합재의 개발은 항공우주 기술의 엄격한 요구 사항과 밀접한 관련이 있습니다.. 1980년대 이후, 탄소-탄소 복합재 연구는 성능 향상과 응용 확대 단계에 진입했습니다..

군수산업에서는, 탄소-탄소 복합재의 가장 눈에 띄는 적용은 항산화 탄소-탄소 노즈콘 캡과 우주 왕복선의 날개 앞쪽 가장자리입니다., 가장 많은 양의 탄소-탄소 제품은 초음속 항공기의 브레이크 패드입니다.

탄소-탄소 복합재료는 주로 항공우주 분야의 융제 재료 및 열 구조 재료로 사용됩니다.. 구체적으로, 대륙간 미사일 탄두의 노즈콘 캡으로 사용됩니다., 고체 로켓 노즐과 항공우주 항공기 날개의 앞쪽 가장자리.

현재, 고급 탄소-탄소 노즐 소재의 밀도는 1.87~1.97g/cm3입니다., 후프 인장 강도는 75~115MPa입니다.. 최근 개발된 장거리 대륙간 미사일 엔드캡은 거의 모두 탄소-탄소 복합재료를 사용한다..

현대 항공기술의 발달로, 항공기의 적재 품질이 향상되고 착륙 속도가 향상됩니다., 이는 항공기의 비상 제동에 대한 더 높은 요구 사항을 제시합니다.. 탄소-탄소 복합재료는 무게가 가볍습니다., 물리적, 화학적 성질이 매우 안정적인 자원입니다., 큰 에너지 흡수 및 우수한 마찰 성능. 고속 군용 항공기에서 브레이크 패드를 만드는 데 널리 사용됩니다..

5. 초고강도강

초고장력강은 항복강도와 인장강도가 1200 MPa 및 1400 각각 MPa. 항공기 구조에서 비강도가 높은 재료의 요구사항을 충족시키기 위해 연구 개발되었습니다.. 티타늄 합금 및 복합재료의 항공기 적용 확대로 인해, 항공기에 사용되는 강철의 양이 감소했습니다., 그러나 항공기의 주요 하중 지지 부품은 여전히 ​​초고강도 강철로 만들어집니다..

현재, 세계 대표적인 저합금 초고강도강인 300M은 항공기 랜딩기어에 사용되는 대표적인 강재입니다.. 게다가, 저합금 초고강도강 D6AC는 전형적인 고체 로켓 모터 쉘 소재입니다.. 초고강도강의 개발 추세는 초고강도를 확보하면서 인성과 내응력부식성을 지속적으로 향상시키는 것입니다..

6. 고급 초합금

초합금은 항공우주 발전 시스템의 핵심 소재입니다.. 초합금은 600~1200oC의 고온에서 일정한 응력을 견딜 수 있고 내산화성과 내식성을 지닌 합금입니다.. 항공 우주 엔진의 터빈 디스크에 선호되는 재료입니다.. 다양한 매트릭스 구성 요소에 따라, 초합금은 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다: 철 기반, 니켈 기반 및 코발트 기반.

1960년대 이전에는 엔진 터빈 디스크가 단조 초합금으로 만들어졌습니다., A286, Inconel 등 대표적인 브랜드 보유 718. 1970년대, GE는 Rene95 합금 분말을 빠르게 응고시켜 CFM56 엔진 터빈 디스크를 만들었습니다., 추력 중량 비율을 크게 높이고 서비스 온도를 크게 높였습니다.. 그때부터, 분말 야금 터빈 디스크가 빠르게 발전했습니다..

최근에, 미국의 스프레이증착 급속응고공정으로 제조된 초합금 터빈디스크는 공정이 간단하여 발전가능성이 큰 준비기술이다., 분말 초합금에 비해 가격이 저렴하고 단조 가공 성능이 우수함.

7. 텅스텐 합금

텅스텐은 금속 중에서 녹는점이 가장 높다.. 뛰어난 장점은 융점이 높아 재료의 고온 강도와 내식성이 우수하다는 것입니다., 군수산업에서 우수한 특성을 보이고 있습니다., 특히 무기 제조에서. 무기산업에서는, 주로 다양한 갑옷 관통 발사체의 탄두를 만드는 데 사용됩니다..

분말 전처리 기술과 대변형 강화 기술을 통해, 텅스텐 합금은 재료의 입자를 미세화하고 입자 방향을 연장시킬 수 있습니다., 근력을 향상시키기 위해, 재료의 인성과 침투력. 현재, 텅스텐 합금은 길이 직경 비율이 큰 주 전투 탱크 장갑 관통 발사체의 핵심 재료로 널리 사용됩니다., 중소 구경 대공 철갑 관통 발사체 및 초고속 운동 에너지 철갑 관통 발사체, 모든 종류의 갑옷 관통 발사체를 더욱 강력하게 만듭니다..

8. 금속간 화합물

금속간 화합물은 긴 범위의 규칙적인 초격자 구조를 가지며 강한 금속 결합을 유지합니다., 이는 그에게 많은 특별한 물리적, 화학적 특성과 기계적 특성을 갖게 합니다..

군수산업에서는, 금속간 화합물은 열 부하를 견디는 부품을 제조하는 데 사용되었습니다., 미국 Puo Company에서 제조한 JT90 가스 터빈 엔진 블레이드와 같은, 미공군이 티타늄과 알루미늄으로 제작한 소형 항공기 엔진의 로터 블레이드, 러시아 티타늄 및 알루미늄 금속간 화합물은 내열 합금을 플러그 상단으로 대체하는 데 사용되었습니다., 엔진의 성능이 크게 향상됩니다..

무기산업 분야에서는, K18 니켈 기반 초합금은 탱크 엔진 과급기의 터빈 재료로 사용됩니다.. 비율이 크고 시동 관성이 크기 때문에, 탱크의 가속 성능에 영향을 미칩니다. 티타늄-알루미늄 금속간 화합물과 산화알루미늄 및 탄화규소 섬유로 강화된 복합 경량 내열 신소재를 적용하면 전차의 시동 성능을 크게 향상시키고 전장에서의 생존력을 향상시킬 수 있습니다..

게다가, 금속간 화합물은 다양한 내열 ​​부품에도 사용되어 무게를 줄일 수 있습니다., 신뢰성 향상 및 기술 지표 퇴치.

9. 구조용 세라믹

세라믹 소재는 오늘날 세계에서 가장 빠르게 발전하는 첨단 소재입니다.. 단상 세라믹에서 다상 복합 세라믹으로 발전해 왔습니다.. 구조용 세라믹 재료는 고온 저항과 같은 우수한 특성으로 인해 군사 산업에서 좋은 응용 가능성을 가지고 있습니다., 낮은 밀도, 내마모성과 낮은 열팽창계수.
최근 몇 년 동안, 국내외 군용 엔진용 구조용 세라믹에 대한 광범위한 연구가 진행되어 왔습니다..

예를 들어, 엔진 과급기의 소형 터빈을 적용하였습니다.; 미국은 피스톤 상단에 세라믹 플레이트를 인레이한다., 이는 피스톤의 수명을 크게 향상시키고 엔진의 열효율도 향상시킵니다.. 독일은 배기구의 사용 효율성을 높이기 위해 배기구에 세라믹 부품을 인레이합니다.. 외국 적외선 열화상 장비의 소형 스털링 냉장고의 피스톤 슬리브와 실린더 슬리브는 세라믹 재료로 만들어졌습니다., 그리고 그들의 서비스 수명은 최대 2000 시간; 미사일 자이로스코프의 동력은 화약가스로 공급된다, 하지만 가스 속 화약 잔여물이 자이로스코프에 심각한 손상을 입힙니다..

가스 중의 잔류물을 제거하고 미사일의 명중 정확도를 높이기 위해, 2000oC에서 작동하기 위해서는 미사일 화약가스에 적합한 세라믹 필터 소재에 대한 연구가 필요하다.. 무기산업 분야에서는, 구조용 세라믹은 터보차저 터빈에 널리 사용됩니다., 피스톤 크라운, 배기 포트 인레이, 등. 주요 전투 탱크 엔진의, 새로운 무기와 장비의 핵심 재료입니다.. 현재, 20-30mm 구경 기관총의 무선 주파수 요구 사항은 1200 라운드/분, 이는 배럴 침식을 극도로 심각하게 만듭니다.. 세라믹의 높은 융점과 고온 화학적 안정성은 심각한 총관 침식을 효과적으로 억제할 수 있습니다.. 세라믹 재료는 높은 압축 및 크리프 저항 특성을 가지고 있습니다.. 합리적인 디자인을 통해, 세라믹 재료는 3차원 압축 상태를 유지할 수 있습니다., 그 취약성을 극복하다, 세라믹 라이너의 안전한 사용을 보장합니다..