Examen de l'état de l'application et des tendances de développement de 16 majeurs nouveaux matériaux militaires （1）

La technologie des matériaux a toujours été un domaine très important dans les plans de développement scientifique et technologique des pays du monde entier. Avec les technologies de l'information, la biotechnologie et la technologie énergétique, elle est reconnue comme une technologie de haute couvre la situation globale de l'humanité dans la société d'aujourd'hui et pendant une période de temps considérable à l'avenir. Matériaux High Technology est également la technologie clé de l'industrie moderne qui soutient la civilisation humaine d'aujourd'hui, et c'est également la base matérielle la plus importante pour la défense nationale d'un pays. L'industrie de la défense est souvent l'utilisateur prioritaire des nouvelles réalisations de la technologie des matériaux, et la recherche et le développement de nouvelles technologies de matériaux jouent un rôle décisif dans le développement de l'industrie de la défense et des armes et de l'équipement.

L'importance stratégique des nouveaux matériaux militaires Les nouveaux matériaux militaires sont la base matérielle d'une nouvelle génération d'armes et d'équipements, et sont également des technologies clés dans le domaine militaire du monde d'aujourd'hui. La technologie militaire des matériaux militaires est une nouvelle technologie des matériaux utilisée dans le domaine militaire, qui est la clé des armes et équipements sophistiqués modernes et une partie importante de la haute technologie militaire. Les pays du monde entier ont attaché une grande importance au développement de nouvelles technologies de matériaux militaires. L'accélération du développement de nouvelles technologies de matériaux militaires est une condition préalable importante pour maintenir le leadership militaire.

Statut d'application des nouveaux matériaux militaires Les nouveaux matériaux militaires peuvent être divisés en deux catégories: matériaux structurels et matériaux fonctionnels en fonction de leurs utilisations. Ils sont principalement utilisés dans l'industrie aéronautique, l'industrie aérospatiale, l'industrie des armes et l'industrie de la construction navale.
Matériaux structurels militaires 1. ALLIAGE D'ALLIAGE ALLIAGE ALLIAM ALLIMINUM a toujours été le matériau structurel métallique le plus utilisé de l'industrie militaire. L'alliage en aluminium a les caractéristiques de faible densité, de haute résistance et de bonnes performances de traitement. En tant que matériau structurel, il peut être transformé en profils, tuyaux, plaques à haut niveau de diverses sections transversales en raison de ses excellentes performances de traitement, afin de donner un jeu complet au potentiel du matériau et d'améliorer la rigidité et la résistance des composants . Par conséquent, l'alliage en aluminium est le matériau structurel léger préféré pour la baisse des armes. Dans l'industrie de l'aviation, l'alliage d'aluminium est principalement utilisé pour fabriquer des peaux d'aéronef, des cloisons, des poutres longues et des barres de rasage; Dans l'industrie aérospatiale, l'alliage d'aluminium est un matériau important pour les véhicules de lancement et les pièces structurelles des vaisseaux 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 supports de pistolets howitzer récemment développés utilisent également un grand nombre de nouveaux matériaux en alliage en aluminium. Ces dernières années, l'utilisation d'alliage d'aluminium dans l'industrie aérospatiale a diminué, mais elle est toujours l'un des principaux matériaux structurels de l'industrie militaire. La tendance de développement des alliages en aluminium est de poursuivre une pureté élevée, une forte résistance, une forte ténacité et une résistance à haute température. Les alliages d'aluminium utilisés dans l'industrie militaire comprennent principalement des alliages en aluminium-lithium, des alliages en aluminium-copper (série 2000) et des alliages en aluminium-zinc-magnésium (série 7000). Les nouveaux alliages en aluminium-lithium sont utilisés dans l'industrie de l'aviation, et il est prévu que le poids de l'avion baissera de 8 ~ 15%; Les alliages en aluminium-lithium deviendront également des matériaux structurels candidats pour les vaisseaux spatiaux et les coquilles de missiles à parois minces. Avec le développement rapide de l'industrie aérospatiale, la recherche sur les alliages d'aluminium-lithium est toujours de résoudre le problème d'une mauvaise ténacité dans la direction de l'épaisseur et de réduire les coûts. 2. Alliages de magnésium En tant que matériau métallique d'ingénierie le plus léger, les alliages de magnésium ont une série de propriétés uniques telles que la gravité spécifique à la lumière, une résistance spécifique élevée et une rigidité spécifique, un bon amortissement et une conductivité thermique, une forte capacité de blindage électromagnétique et une bonne réduction des vibrations, qui grandement répondre aux besoins des champs militaires tels que l'aérospatiale, les armes et l'équipement modernes. Les alliages de magnésium sont largement utilisés dans les équipements militaires, tels que les cadres de siège de réservoir, les miroirs de commandant, les miroirs de tireur, les boîtiers de boîte de vitesses, les sièges de filtre à moteur, les tuyaux d'entrée et de sortie, les sièges de distributeur d'air, les boîtiers de pompe à eau, les échangeurs de chaleur à huile, les échangeurs de chaleur à huile, boîtiers de filtre à huile, couvercles de soupape, respirateurs et autres pièces de véhicule; Les compartiments de support de missiles de défense aérienne tactique et les peaux d'aileron, les panneaux muraux, les cadres de renforcement, les plaques de gouvernail, les cloisons et autres pièces de missiles; Jets de chasse, bombardiers, hélicoptères, avions de transport, radars en suspension dans l'air, missiles sur surface à air, véhicules de lancement, satellites et autres composants spatiaux. Les alliages de magnésium ont un poids léger, bon en résistance et rigidité spécifiques, bons en réduction des vibrations, en interférence électromagnétique et fortes en capacités de blindage, qui peuvent répondre aux exigences des produits militaires pour la réduction du poids, l'absorption du bruit, l'absorption des chocs et la protection des radiations. Il occupe une position très importante dans la construction aérospatiale et de la défense nationale, et est un matériau structurel clé requis pour les avions, les satellites, les missiles, les combattants, les chars et autres armes et équipements. 3. L'alliage en titane en titane a une résistance à une traction élevée (441 ~ 1470 MPA), une basse densité (4,5 g / cm³), une excellente résistance à la corrosion, une certaine résistance à l'endurance à haute température à 300 à 550 degrés et une bonne ténacité à faible température, et est un idéal Matériau structurel léger. L'alliage de titane a les caractéristiques fonctionnelles de la superplasticité. En utilisant une technologie de liaison de formage de formage superplasique, l'alliage peut être transformé en produits avec des formes complexes et des dimensions précises avec peu d'énergie et de consommation de matériaux. L'application de l'alliage de titane dans l'industrie de l'aviation est principalement de fabriquer des pièces structurelles de fuselage d'avion, du train d'atterrissage, des poutres de support, des disques de compresseur de moteur, des lames et des joints; Dans l'industrie aérospatiale, l'alliage de titane est principalement utilisé pour fabriquer des composants, des cadres, des cylindres à gaz, des récipients de pression, des boîtiers de pompe à turbine, des boîtiers de moteur à fusée solide et des buses et autres pièces. Au début des années 1950, le titane pur industriel a été utilisé pour fabriquer des boucliers thermiques, des couvercles de queue, des freins de vitesse et d'autres parties structurelles du fuselage arrière sur certains avions militaires; Dans les années 1960, l'application d'alliages de titane dans les structures des avions s'est étendue à des cloisons coulissantes à lambeau, à charge, à des poutres de vitesses d'atterrissage et à d'autres structures de charge majeure; Depuis les années 1970, l'utilisation d'alliages de titane dans les avions et les moteurs militaires a augmenté rapidement, des combattants aux grands bombardiers militaires et aux avions de transport. Son utilisation dans les avions F14 et F15 représente 25% du poids structurel, et son utilisation dans les moteurs F100 et TF39 atteint respectivement 25% et 33%; Après les années 80, les matériaux en alliage en titane et les technologies de processus ont réalisé un développement ultérieur et un avion B1B nécessite 90402 kg de titane. Parmi les alliages de titane existants pour l'aérospatiale, le plus largement utilisé est le type A + B polyvalent Ti -6 al -4 V alliage. Ces dernières années, l'Occident et la Russie ont succédé successivement deux nouveaux types d'alliages de titane, à savoir les alliages de titane à haute résistance, à haute taille, soudables et formables et aux alliages titane à haute température, à haute résistance et à flamme. Ces deux alliages de titane avancés ont de bonnes perspectives d'application dans l'industrie aérospatiale future.

Avec le développement de la guerre moderne, l'armée a besoin d'un système d'obusier avancé multifonctionnel avec une grande puissance, une longue portée, une grande précision et une capacité de réponse rapide. L'une des technologies clés des systèmes d'obusier avancés est la nouvelle technologie des matériaux. La légèreté des tourelles d'artillerie, des composants et des véhicules blindés métalliques légers est une tendance inévitable dans le développement des armes. Sous la prémisse de garantir la dynamique et la protection, les alliages de titane sont largement utilisés dans les armes de l'armée. L'utilisation de l'alliage de titane dans le frein de recul artillerie 155 peut non seulement réduire le poids, mais également réduire la déformation du canon du pistolet causée par la gravité, améliorant efficacement la précision de la prise de vue; Certains composants complexes sur les réservoirs de combat principaux et les missiles polyvalents hélicoptères-anti-tank peuvent être en alliage de titane, qui peuvent non seulement répondre aux exigences de performance du produit, mais aussi réduire les coûts de traitement des composants. Pendant longtemps dans le passé, l'application des alliages de titane a été considérablement limitée en raison du coût de fabrication élevé. Ces dernières années, les pays du monde entier développent activement des alliages de titane à faible coût, tout en réduisant les coûts, ils doivent également améliorer les performances des alliages de titane. Dans mon pays, le coût de fabrication des alliages de titane est encore relativement élevé. Avec l'augmentation progressive de l'utilisation des alliages de titane, la recherche de coûts de fabrication inférieurs est une tendance inévitable dans le développement des alliages de titane. 4. Matériaux composites 4.1 Matériaux composites à base de résine Les matériaux composites à base de résine ont une bonne transformation de formage, une résistance spécifique élevée, un module spécifique élevé, une faible densité, une résistance à la fatigue, une absorption de choc, une résistance à la corrosion chimique, des propriétés diélectriques bonnes, une faible conductivité thermique et d'autres caractéristiques, et sont largement utilisés dans l'industrie militaire. Les matériaux composites à base de résine peuvent être divisés en deux catégories: thermosépitation et thermoplastique. Les matériaux composites à base de résine thermodurcissants sont un type de matériau composite basé sur diverses résines thermodurcissables et ajoutés avec diverses fibres de renforcement; Alors que les résines thermoplastiques sont un type de composé en polymère linéaire qui peut être dissous dans des solvants, adoucis et fondu dans un liquide visqueux lorsqu'il est chauffé et durci en un solide après refroidissement. Les matériaux composites à base de résine ont d'excellentes propriétés complètes, une technologie de préparation facile et des matières premières abondantes. Dans l'industrie de l'aviation, des matériaux composites à base de résine sont utilisés pour fabriquer des ailes d'aéronefs, des fuselages, des canards, des queues horizontales et des conduits de moteur; Dans le champ aérospatial, les matériaux composites à base de résine sont non seulement des matériaux importants pour les gouvernails, les radars et les entrées d'air, mais peuvent également être utilisés pour fabriquer la coquille d'isolation thermique de la chambre de combustion des moteurs à roquette solide, et peuvent également être utilisés comme Matériaux ablatifs résistants à la chaleur pour les buses de moteur. Les nouveaux matériaux composites de résine cyanate développés ces dernières années présentent les avantages d'une forte résistance à l'humidité, de bonnes propriétés diélectriques micro-ondes et d'une bonne stabilité dimensionnelle. Ils sont largement utilisés dans la fabrication de pièces structurelles aérospatiales, les parties structurelles de charge primaire et secondaire des aéronefs et les couvercles d'antenne radar. 4.2 Matériaux composites à base de métal Les matériaux composites à base de métal ont une résistance spécifique élevée, un module spécifique élevé, de bonnes performances à haute température, un coefficient de dilatation thermique faible, une bonne stabilité dimensionnelle et une excellente conductivité électrique et thermique. Ils ont été largement utilisés dans l'industrie militaire. L'aluminium, le magnésium et le titane sont les principales matrices des matériaux composites à base de métal, et les matériaux de renforcement peuvent généralement être divisés en trois catégories: les fibres, les particules et les moustaches. Parmi eux, les matériaux composites à base d'aluminium renforcés par les particules sont entrés dans la vérification du modèle, comme être utilisé dans les combattants F -16 comme nageoires ventrales au lieu des alliages d'aluminium, et leur rigidité et leur vie sont considérablement améliorées. Les matériaux composites en aluminium renforcé en fibre de carbone et en composite à base de magnésium ont une résistance spécifique élevée, près du coefficient de dilatation thermique zéro et une bonne stabilité dimensionnelle, et sont utilisés avec succès pour fabriquer des supports satellites artificiels, des antennes planes en bande L, des télescopes spatiaux, des antennes paraboliques satellites artificielles, des antennes paraboliques artificielles, des antennes paraboliques satellites artificielles, etc.; Les matériaux composites à base d'aluminium renforcés en carbure de silicium ont de bonnes performances à haute température et une résistance à l'usure, et peuvent être utilisés pour fabriquer des roquettes, des composants de missiles, des composants de système de guidage infrarouge et laser, des dispositifs avioniques de précision, etc.; Les matériaux composites à base de titane renforcés en fibre de carbure de silicium ont une bonne résistance à la température élevée et une résistance à l'oxydation, et sont des matériaux structurels idéaux pour les moteurs à rapport poussée / poids élevé. Ils sont entrés dans la phase de test des moteurs avancés. Dans le domaine de l'industrie des armes, des matériaux composites à base de métal peuvent être utilisés pour les projectiles de sabot-blindage stabilisés de grande queue, les projectiles de perçage d'armure Sabot, les coquilles de moteur solide à missile polysile anti-hélicoptères / anti-tank pour réduire le poids de l'ogive et améliore les capacités de combat. 4.3 Composites à base de céramique Les composites en céramique sont un terme général pour les matériaux qui sont renforcés avec des fibres, des moustaches ou des particules et combinés avec des matrices en céramique par un certain processus composite. On peut voir que les composites en céramique sont des matériaux multiphasiques composés d'un deuxième composant de phase introduit dans une matrice céramique. Il surmonte la fragilité inhérente aux matériaux en céramique et est devenu l'un des aspects les plus actifs de la recherche actuelle en science des matériaux. Les composites à base de céramique ont les caractéristiques d'une faible densité, d'une résistance spécifique élevée, de bonnes propriétés thermomécaniques et d'une résistance aux chocs thermiques, et sont l'un des principaux matériaux de soutien pour le développement futur de l'industrie militaire. Bien que les matériaux en céramique aient de bonnes performances à haute température, elles sont très cassantes. Les méthodes pour améliorer la fragilité des matériaux en céramique incluent le durcissement des changements de phase, le durcissement par microfcription, le durcissement des métaux dispersés et le durcissement continu des fibres. Les composites à base de céramique sont principalement utilisés pour fabriquer des vannes de buse pour les moteurs à turbine à gaz d'avion, qui jouent un rôle important dans l'amélioration du rapport poussée / poids des moteurs et la réduction de la consommation de carburant. 4.4 Composites de carbone-carbone Les composites en carbone-carbone sont des composites composés de renforts en fibre de carbone et de matrices de carbone. Les composites en carbone-carbone présentent une série d'avantages tels que une résistance spécifique élevée, une bonne résistance aux chocs thermiques, une forte résistance à l'ablation et des performances concevables. Le développement de matériaux composites en carbone-carbone est étroitement lié aux exigences strictes de la technologie aérospatiale. Depuis les années 1980, la recherche sur les matériaux composites en carbone-carbone est entré au stade de l'amélioration des performances et des applications en expansion. Dans l'industrie militaire, l'application la plus accrocheuse de matériaux composites en carbone-carbone est le capuchon de cône à nez en carbone anti-oxydation et le bord d'attaque de la navette spatiale, et le plus grand produit en carbone-carbone est le plaque de frein de supersonique aéronef. Les matériaux composites en carbone-carbone sont principalement utilisés comme matériaux ablatifs et les matériaux de structure thermique dans l'aérospatiale. Plus précisément, ils sont utilisés comme capuchons à cônes de nez des ogives de missile intercontinentales, des buses de fusée solides et des bords d'attaque des ailes de navettes spatiales. À l'heure actuelle, la densité des matériaux avancés de buse de carbone carbone est de 1,87 à 1,97 g / centimètre cube, et la résistance à la traction du cerceau est de 75 à 115 MPa. Les capuchons d'extrémité missile intercontinentaux à longue portée récemment développés sont presque tous en matériaux composites en carbone-carbone. Avec le développement de la technologie de l'aviation moderne, la masse de chargement des avions augmente et la vitesse d'atterrissage en vol augmente, ce qui met des exigences plus élevées sur le freinage d'urgence des avions. Les matériaux composites en carbone-carbone sont légers, résistants à la température, absorbent de grandes quantités d'énergie et ont de bonnes propriétés de friction. Les plaquettes de frein en fabriqués sont largement utilisées dans les avions militaires à grande vitesse. 5. ACTEUR ACTEUR ULTRA-HIGHT STRAIE ULTRA-HIGH FILLITE est un acier avec une limite d'élasticité et une résistance à la traction dépassant respectivement 1200 MPa et 1400 MPa. Il est recherché et développé pour répondre aux exigences des matériaux de résistance spécifiques élevés dans les structures des avions. En raison de l'expansion de l'application d'alliages de titane et de matériaux composites dans les avions, la quantité d'acier utilisée dans les avions a diminué, mais les composants clés porteurs de charge sur les avions sont toujours en acier à ultra-haute résistance. À l'heure actuelle, le 300 m de 300 m à faible résistance à la hauteur à faible hauteur représentatif international est un acier typique pour le train d'atterrissage d'avion. De plus, le D6AC en acier à faible résistance à l'alliage à faible alliage est un matériau de boîtier de moteur à fusée solide typique. La tendance de développement de l'acier à ultra-haute résistance est d'améliorer en continu la résistance à la ténacité et à la corrosion de stress tout en assurant une résistance ultra-élevée. 6. Alloys avancés à haute température Les alliages à haute température sont des matériaux clés pour les systèmes d'alimentation aérospatiale. Les alliages à haute température sont des alliages qui peuvent résister à certaines contraintes à des températures élevées de 600 à 1200 degrés et avoir une résistance à l'oxydation et à la corrosion. Ce sont les matériaux préférés pour les disques de turbine en moteur aérospatial. Selon les différentes composantes de la matrice, les alliages à haute température sont divisés en trois catégories: à base de fer, à base de nickel et à base de cobalt. Avant les années 1960, les disques de turbine moteur étaient faits d'alliages à haute température forgés, les notes typiques étant A286 et Inconel 718. Dans les années 1970, GE des États-Unis a utilisé une alliage de poudre de poudre et de réenge Son rapport poussée / poids et augmentait considérablement sa température de fonctionnement. Depuis lors, les disques de turbine de métallurgie en poudre se sont développés rapidement. Récemment, les États-Unis ont adopté un disque de turbine en alliage à haute température fabriqué par un processus de solidification rapide de dépôt de pulvérisation. Par rapport aux alliages à haute température en poudre, le processus est simple, le coût est réduit et il a de bonnes performances de traitement de forge. Il s'agit d'une technologie de préparation avec un grand potentiel de développement. 7. Le tungstène en alliage de 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 à haute température et une résistance à la corrosion au matériau, et il a montré d'excellentes caractéristiques dans l'industrie militaire, en particulier dans la fabrication d'armes. Dans l'industrie des armes, il est principalement utilisé pour fabriquer des ogias de divers projectiles perçants en armure. Les alliages de tungstène affinent les grains des matériaux et allongent l'orientation des grains par la technologie de prétraitement en poudre et la technologie de renforcement de forte déformation, améliorant ainsi le pouvoir de ténacité et de pénétration des matériaux. Le matériau de base en tungstène du projectile de 125ⅱ perçant l'armure pour les principaux réservoirs de bataille développés dans mon pays est W-Ni-Fe. Il adopte un processus de frittage compact à densité variable, et les performances moyennes atteignent une résistance à la traction de 1200 MPa et un allongement de plus de 15%. L'indice technique de combat est de pénétrer l'armure en acier homogène de 600 mm d'épaisseur à une distance de 2000 mètres. À l'heure actuelle, les alliages de tungstène sont largement utilisés dans les principaux réservoirs de bataille avec des projectiles de perçage d'armure à rapport grand rapport, des projectiles de perçage de la défense aérienne de petit et moyen de calibre et des projectiles d'hypervelocité d'énergie cinétique-perçants. Cela fait que divers projectiles perçants d'armure ont une puissance de pénétration plus puissante. 8. Composés intermétalliques Les composés intermétalliques ont des structures de superlattice ordonnées à longue portée et maintiennent une forte liaison de liaisons métalliques, ce qui leur donne de nombreuses propriétés physiques et chimiques spéciales et des propriétés mécaniques. Les composés intermétalliques ont une excellente résistance thermique et sont devenus un nouveau matériau structurel important à haute température qui a été activement étudié au pays et à l'étranger ces dernières années. Dans l'industrie militaire, des composés intermétalliques ont été utilisés pour fabriquer des pièces qui portent des charges thermiques, telles que les lames de moteur à turbine à gaz JT90 fabriquées par la société américaine Puao, les lames de rotor de petits moteurs d'avion fabriqués par l'US Air Force à l'aide d'aluminium de titane, etc., et la Russie utilise des composés intermétalliques en aluminium de titane au lieu d'alliages résistants à la chaleur comme sommet de piston, ce qui améliore considérablement les performances du moteur. Dans le domaine de l'industrie des armes, le matériau de la turbine compresseur de moteur de réservoir est un alliage à haute température à base de nickel K18. En raison de sa gravité spécifique élevée et de sa grande inertie de départ, elle affecte les performances d'accélération du réservoir. L'application des composés intermétalliques en aluminium de titane et de leurs produits d'oxydation a considérablement amélioré les performances du réservoir.