新材料在军工领域的应用现状和发展趋势
军用新材料按其用途可分为结构材料和功能材料两大类,广泛应用于航空、航天、兵器和船舰等领域中。文章对二者进行了综述,并就及其在军工领域的相关应用;并讨论了其今后的发展趋势。
01
引? 言
国无防不立,民无防不安。作为一个国家、一个民族,最重要的无非两件大事:一个是发展问题,一个是安全问题。国防是人类社会发展与安全需要的产物,它是关系到国家和民族生死存亡的根本大计。
现代国防以军事力量为核心,还包括有关的非军事力量;它重视国家的战争潜力,特别是战时的动员效率;它还是以经济和科技为主的综合实力的竞争。材料技术作为国家科技发展规划中最为关键的领域之一,与信息技术、生物技术、能源技术一起,被公认为是当今社会及今后相当长时间内总揽全局的高新技术。材料高新技术还是支撑当今人类文明的现代工业关键技术,用于军事领域的军用新材料技术是发展高新技术武器的物质基础,也是一个国家国防力最最重要的物质基础。
出于自身利益及世界形势的考量,每个国家都需要且必须建立强大的国防。因而开发具有自主知识产权的现代化尖端武器,对国家安全而言就显得尤为重要。而就目前现有的材料品种、规格、性能及冶炼工艺方式已远远不能满足高新武器发展的需求,有时甚至成为制约武器研究开发的“瓶颈”,在这种背景下,军用材料技术便应运而生。目前,世界范围内的军用新材料技术已有上万种,并以每年5%的速度递增,正向高功能化、超高能化、复合轻量和智能化的方向发展。
02
新材料技术在军工方面的应用
军用新材料按其用途可分为结构材料和功能材料两大类,广泛应用于航空、航天、兵器和船舰等领域中。
2.1军用结构材料
随着现代科学技术的发展,武器装备的技术密集程度越来越高,正在从机械化战争向信息化战争演变,武器装备向精确制导方向发展。因此,对军用材料提出了更高、更新的要求。
2.1.1镁合金
镁合金作为最轻的工程金属材料,具有比重轻、比强度及比刚度高、阻尼性及导热性好,电磁屏蔽能力强、以及减振性好等一系列独特的性质,极大的满足了航空航天、现代武器装备等军工领域的需求。
镁合金在军工装备上有诸多应用,如坦克座椅骨架、车长镜、炮长镜、变速箱箱体、发动机机滤座、进出水管、空气分配器座、机油泵壳体、水泵壳体、机油热交换器、机油滤清器壳体、气门室罩、呼吸器等车辆零部件;战术防空导弹的支座舱段与副翼蒙皮、壁板、加强框、舵板、隔框等弹箭零部件;歼击机、轰炸机、直升机、运输机、机载雷达、地空导弹、运载火箭、人造卫星等飞船飞行器构件。镁合金重量轻、比强度和刚度好、减振性能好、电磁干扰、屏蔽能力强等特点能满足军工产品对减重、吸噪、减震、防辐射的要求。在航空航天和国防建设中占有十分重要的地位,是飞行器,卫星,导弹,以及战斗机和战车等武器装备所需的关键结构材料。
2.1.2铝合金
铝合金一直是军事工业中应用最广泛的金属结构材料之一。铝合金材料具有密度低、强度高、加工性能好等特点,作为结构材料,因其加工性能优良,可制成各种截面的型材、管材、高筋板材等,以充分发挥材料的潜力,提高构件刚、强度。所以,铝合金是武器轻量化首选的轻质结构材料。
铝合金的发展趋势是追求高纯、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飞行器和薄壁导弹壳体的候选结构材料。随着航空航天业的迅速发展,铝锂合金的研究重点仍然是解决厚度方向的韧性差和降低成本的问题。
2.1.3结构陶瓷
常用的结构陶瓷材料主要包括:氧化铝、氧化铅、氮化硅、碳化硅、氮化铝及其复合材料等。由于结构陶瓷材料通常具有高强、高硬、耐高温、耐腐蚀、耐磨损的特性,因而在国防、军工领域具有广泛的应用。
陶瓷材料是当今世界上发展晟快的高技术村料,它已经南单相陶瓷发展到多相复合陶瓷。结构陶瓷材料因其耐高温、低密度、耐磨损及低的热膨胀系数等诸多优异性能,在军事工业中有着良好的应用前景。利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、各种阀门、耐磨衬里、密封环;利用结构陶瓷的耐高温性能可以制备高温陶瓷热交换器、汽车尾气过滤器、燃气轮机高温过流部件;利用结构陶瓷的透明性可以制备透明灯管、导弹窗口材料等。