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简介新质料手艺在军工方面的应用

时间:2014-08-18 信息泉源:www.titanos.cn

 

       据相识,军用新质料按其用途可分为结构质料和功效质料两大类,普遍应用于航空、航天、武器和船舰等领域中。
      军用结构质料
随着现代科学手艺的生长,武器装备的手艺麋集水平越来越高,正在从机械化战争向信息化战争演变,武器装备向准确制导偏向生长。因此,对军用质料提出了更高、更新的要求。
      镁合金
镁合金作为最轻的工程金属质料,具有比重轻、比强度及比刚度高、阻尼性及导热性好,电磁屏障能力强、以及减振性好等一系列奇异的性子,极大的知足了航空航天、现代武器装备等军工领域的需求。
      铝合金
铝合金一直是军事工业中应用最普遍的金属结构质料之一。铝合金质料具有密度低、强度高、加工性能好等特点,作为结构质料,因其加工性能优良,可制成种种截面的型材、管材、高筋板材等,以充分验展质料的潜力,提高构件刚、强度。以是,铝合金是武器轻量化首选的轻质结构质料。
 
铝合金的生长趋势是追求高纯、高强、高韧和耐高温,在军事工业中应用的铝合金主要有铝锂合金、铝铜合金和铝锌镁合金。新型铝锂台金应用于航空工业中,预计飞机重量将下降8%~15% ;铝锂合金同样也将成为航天航行器和薄壁导弹壳体的候选结构质料。随着航空航天业的迅速生长,铝锂合金的研究重点仍然是解决厚度偏向的韧性差和降低本钱的问题。
      结构陶瓷
常用的结构陶瓷质料主要包括:氧化铝、氧化铅、氮化硅、碳化硅、氮化铝及其复合质料等。由于结构陶瓷质料通常具有高强、高硬、耐高温、耐侵蚀、耐磨损的特征,因而在国防、军工领域具有普遍的应用。
 
陶瓷质料是当今天下上生长晟快的高手艺村料,它已经南单相陶瓷生长到多相复合陶瓷。结构陶瓷质料因其耐高温、低密度、耐磨损及低的热膨胀系数等诸多优异性能,在军事工业中有着优异的应用远景。使用结构陶瓷的高硬度、高耐磨性可以制备陶瓷刀具、陶瓷轴承、防弹装甲、种种阀门、耐磨衬里、密封环 ;使用结构陶瓷的耐高温性能可以制备高温陶瓷热交流器、汽车尾气过滤器、燃气轮机高温过流部件 ;使用结构陶瓷的透明性可以制备透明灯管、导弹窗口质料等。
      超高强度钢
超高强度钢是屈服强度和抗拉强度划分凌驾1200MPa和1400MPa的钢,它是为了知足飞机结构上要求高比强度的质料而研究和开发的。超高强度钢不但具有高的抗拉强度,还具有一定塑性和韧性、小的缺口敏感性、高的疲劳强度、一定的抗蚀性、优异的工艺性能、切合资源情形及价钱低廉等优点,在航空工业的应用越来越普遍。超高强度钢大宗用于制造火箭发念头外壳,飞机机身骨架、蒙皮和着陆部件以及高压容器和一些通例武器。由于钛合金和复合质料在飞机上应用的扩大,钢在飞机上用量有所镌汰,可是飞机上的要害承力构件仍接纳超高强度钢制造。
      现在,在国际上有代表性的低合金超高强度钢300M,是典范的飞机升降架用钢。别的,低合金超高强度钢D6AC是典范的固体火箭发念头壳体质料。超高强度钢的生长趋势是在包管超高强度的同时,一直提高韧性和抗应力侵蚀能力。
      先进高温合金
高温合金在600~1200℃高温下能遭受一定应力并具有抗氧化或抗侵蚀能力的合金,具有较高的高温强度,优异的抗氧化和抗侵蚀性能,优异的疲劳性能、断裂韧性等综合性能普遍应用于航空、航天、石油、化工、舰船的一种主要质料。
 
按基体元向来分,高温合金又分为铁基、镍基、钴基等高温合金。铁基高温合金使用温度一样平常只能抵达750~780℃,关于在更高温度下使用的耐热部件,则接纳镍基和难熔金属为基的合金。 镍基高温合金在整个高温合金领域占有特殊主要的职位,它普遍地用来制造航空喷气发念头、种种工业燃气轮机最热端部件。若以150MPA~100H长期强度为标准,而现在镍合金所能遭受的最高温度>1100℃,而镍合金约为950℃,铁基的合金<850℃,即镍基合金响应地横跨150℃至250℃左右。以是人们称镍合金为发念头的心脏。
      现在,在先进的发念头上,镍合金已占总重量的一半,不但涡轮叶片及燃烧室,并且涡轮盘甚至后几级压气机叶片也最先使用镍合金。与铁合金相比,镍合金的优点是:事情温度较高,组织稳固、有害相少及抗氧化搞侵蚀能力大。与钴合金相比,镍合金能在较高温度与应力下事情,尤其是在动叶片场合。
 
2.1.6复合质料
复合质料是指两种以上差别性子或差别结构物质组合而成的质料,通常由基体质料与增强剂组成。先进复合质料比通用复合质料具有更高综合性能,它包括树脂基复合质料、金属基复合质料、陶瓷基复合质料和碳基复合质料等,它在军事工业的生长中起着举足轻重的作用。先进的复合质料具有高强度、高模量、耐烧蚀、抗侵蚀、抗核、抗粒子云、透波、吸波、隐身、抗高速撞击等一系列优点,是国防工业生长中最主要的一类工程质料。
 
复合质料正在迅速生长成为航天航空工业的基本结构质料。高性能聚合物基复合质料在航空航天工业的用量占其所有用量的80%。由于碳纤维具有高比强度、比模量、低热膨胀系数和高导热性等奇异性能,因而由其增强的复合质料用作航空航天结构质料,减重效果十分显著,显示出无可相比的重大应用潜力。例如,碳纤维增强树脂烬复合质料用做航天飞机舱门、机械臂和压力容器等,别的,还将其在火箭与导弹的减重、飞机的主承力结构,在雷达波隐身质料方面,除涂层外,复合质料作为结构隐身质料正日益引起人们的关注,主要为碳纤维增强热固性树脂基复合质料(如C/EP、C/PI或C/BMI)和热塑性树脂基复合质料(C/PEEK,C/PPS),现在已经获得了某些应用。
      金属间化合物
金属间化合物具有长程有序的超点阵结构,坚持很强的金属键团结,使它们具有许多特殊的理化性子和力学性能。金属间化合物具有优异的热强性,近年来已成为海内外起劲研究的主要的新型高温结构质料。在军事工业中,金属间化合物已被用于制造遭受热负荷的零部件上 ;在武器工业领域,坦克发念头增压器涡轮质料为K18镍基高温合金,因其比重大、起动惯量大而影响了坦克的加速性 能,应用钛铝金属闻化合物及其由氧化铝、碳化硅纤维增强的复合轻质耐热新质料,可以大大改善坦克的起动性能,提高战场上的生涯能力。别的,金属问化合物还可用于多种耐热部件,减轻重量,提高可靠性与战技指标。
      军用功效质料
功效质料是指使用声、光、电、磁、热、化、生化等效应,将能量从一种形式转化为另一种形式的质料。功效质料许多,如光电功效质料、贮氢功效质料、阻尼减震质料、隐身质料等。
      光电功效质料
光电功效质料是指在光电子手艺中使用的质料,它能将光电团结的信息传输与处置惩罚,是现代信息科技的主要组成部分。光电功效质料在军事工业中有着普遍的应用。碲镉汞、锑化铟是红外探测器的主要质料 ;硫化锌、硒化锌、砷化镓主要用于制作航行器、导弹以及地面武器装备红外探测系统的窗口、头罩、整流罩等。氟化镁具有较高的透过率、较强的抗雨蚀、抗冲洗能力,它是较好的红外透射质料。激光晶体和激光玻璃是高功率和高能量固体激光器的质料,典范的激光质料有红宝石晶体、掺钕钇铝石榴石、半导体激光质料等。
      贮氢功效质料
某些过渡簇金属,合金和金属问化合物,由于其特殊的晶格结构的缘故原由,氢原子较量容易透入金属晶格的周围体或八面体间隙位中,形成了金属氢化物,这种质料称为贮氢质料。
      在武器工业中,坦克车辆使用的铅酸蓄电池因容量低、自放电率高而需经常充电,此时维护和搬运十分未便。放电输出功率容易受电池寿命、充电状态和温度的影响,在严寒的天气条件下,坦克车辆起动速率会显著减慢,甚至不可起动,这样就会影响坦克的作战能力。贮氢合金蓄电池具有能量密度高、耐过充、抗震、低温性能好、寿命长等优点,在未来主战坦克蓄电池生长历程中具有辽阔的应用远景。
      阻尼减震质料
阻尼是指一个自由振动的固体纵然与外界完全隔离,它的机械性能也会转变为热能的征象。接纳高阻尼功效质料的目的是减震降嗓,因此阻尼减震质料在军事工业中具有十分主要的意义。
      隐身质料
现代攻击武器的生长,特殊是准确攻击武器的泛起,使武器装备的生涯力受到了极大的威胁,纯粹依赖增强武器的防护能力已不现实。接纳隐身手艺,使敌方的探测、制导、侦探系统失去功效,从而尽可能地隐藏自己,掌握战场的自动权,争先发明并祛除仇人,己成为现代武器防护的主要生长偏向。隐身手艺的最有用手段是接纳隐身质料。
 
隐身质料有毫米波结构吸波质料、毫米波橡胶吸波质料和多功效吸波涂料等,它们不但能够降低毫米波雷达和毫米波制导系统的发明、跟踪和掷中的概率,并且能够兼容可见光、近红外伪装和中远红外热迷彩的效果。
      近年来,外洋在提高与刷新古板隐身质料的同时,正致力于多种新质料的探索。晶须质料、纳米质料、陶瓷质料、手性子料、导电高分子质料等逐步应用到雷达波和红外隐身质料,使涂层越发薄型化、轻量化。纳米质料因其具有极好的吸波特征,同时具备了宽频带、兼容性好、厚度薄等特点,蓬勃国家均把纳米质料作为新一代隐身质料加以研究和开发 ;海内毫米波隐身质料的研究起步于上世纪80年月中期,研究单位主要集中在武器系统。经由多年的起劲,预研事情取得了较大希望,该项手艺可用于种种地面武器系统的伪装和隐身,如主战坦克、155毫米先进加榴炮系统及水陆两用坦克。
      现在,天下上正在研制的第5代超音速歼击机,其机体结构接纳复合质料、翼身融合体和吸波涂层,使其真正具有了隐身功效,而电磁波吸收型涂料、电磁屏障型涂料已最先在隐身飞机上涂装 ;美国和俄罗斯的地对空导弹正在使用质、宽频带吸收、热稳固性好的隐身质料 ?梢栽ぜ,隐身手艺的研究和应用已成为天下各国国防手艺中最主要的课题之一。
      军用新质料手艺的生长趋势
从以后军工企业生长趋势来看,用于军事工业的新质料要求具有较高的手艺含量,天下规模内的军用新质料正向高功效化、超高功效化、复合轻量和智能化的偏向生长。军事高手艺的生长要求质料不再是简单的结构质料。在这种条件下,军用复合质料应运而生。2l世纪复合质料的生长偏向是低本钱、高性能、多功效和智能化。
      我国军用质料经由多年生长,已取得长足前进,但也保存“多、杂、散”的问题,系列化、通用化较差,影响了军用质料科研的整体效益和关于武器装备研制生产的包管能力,为此需要建设适合我国国情的军用质料系统。
 
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