16 nuevos materiales militares

Los nuevos materiales militares son la base material para una nueva generación de armas y equipos, y también son tecnologías clave en el campo militar en el mundo actual. La nueva tecnología de materiales militares es una nueva tecnología de materiales utilizada en el campo militar. Es la clave para armas y equipos modernos y sofisticados y una parte importante de la alta tecnología militar. Los países de todo el mundo conceden gran importancia al desarrollo de nueva tecnología de materiales militares. Acelerar el desarrollo de nueva tecnología de materiales militares es un requisito previo importante para mantener el liderazgo militar.

Estado de solicitud de nuevos materiales militares.

Los nuevos materiales militares se pueden dividir en dos categorías: materiales estructurales y materiales funcionales según sus usos. Se utilizan principalmente en la industria de la aviación, la industria aeroespacial, la industria armamentística y la industria de la construcción naval.

Aleación de aluminio

La aleación de aluminio siempre ha sido el material estructural metálico más utilizado en la industria militar. La aleación de aluminio tiene las características de baja densidad, alta resistencia y buen rendimiento de procesamiento. Como material estructural, debido a su excelente rendimiento de procesamiento, se puede convertir en perfiles, tuberías, placas altamente reforzadas, etc. de varias secciones transversales para aprovechar al máximo el potencial del material y mejorar los componentes. Rigidez y fuerza. Por lo tanto, la aleación de aluminio es el material estructural ligero preferido para armas ligeras.

En la industria de la aviación, las aleaciones de aluminio se utilizan principalmente para fabricar revestimientos, tabiques, vigas largas y molduras de aviones. En la industria aeroespacial, las aleaciones de aluminio son materiales importantes para piezas estructurales de vehículos de lanzamiento y naves espaciales. En el campo de las armas se han utilizado con éxito las aleaciones de aluminio. Se utiliza ampliamente en vehículos de combate de infantería y vehículos de transporte blindados. La montura de obús desarrollada recientemente también utiliza una gran cantidad de nuevos materiales de aleación de aluminio.

El uso de aleaciones de aluminio en la industria aeroespacial ha disminuido en los últimos años, pero sigue siendo uno de los principales materiales estructurales de la industria militar. La tendencia de desarrollo de las aleaciones de aluminio es la búsqueda de alta pureza, alta resistencia, alta tenacidad y resistencia a altas temperaturas. Las aleaciones de aluminio utilizadas en la industria militar incluyen principalmente aleaciones de aluminio-litio, aleaciones de aluminio-cobre (serie 2000) y aleaciones de aluminio-zinc-magnesio (serie 7000).

En la industria de la aviación se utilizan nuevas aleaciones de aluminio y litio y se prevé que el peso de los aviones disminuirá entre un 8 y un 15%; Las aleaciones de aluminio y litio también se convertirán en materiales estructurales candidatos para vehículos aeroespaciales y carcasas de misiles de paredes delgadas. Con el rápido desarrollo de la industria aeroespacial, la investigación de las aleaciones de aluminio y litio todavía se centra en resolver los problemas de poca tenacidad en la dirección del espesor y reducir los costos.

Aleación de magnesio

Como el material metálico de ingeniería más liviano, la aleación de magnesio tiene una serie de propiedades únicas, como gravedad específica ligera, alta resistencia específica y rigidez específica, buena amortiguación y conductividad térmica, fuerte capacidad de blindaje electromagnético y buenas propiedades de amortiguación de vibraciones, que satisfacen en gran medida las necesidades. de Las necesidades de armas y equipos aeroespaciales, modernos y otros campos militares.

Las aleaciones de magnesio tienen muchas aplicaciones en equipos militares, como marcos de asientos de tanques, espejos de comandante, espejos de artillero, cajas de cajas de cambios, asientos de filtros de motores, tuberías de entrada y salida de agua, asientos de distribuidores de aire, carcasas de bombas de aceite, carcasas de bombas de agua, intercambiadores de calor de aceite, carcasas de filtros de aceite, tapas de válvulas, respiradores y otras piezas de vehículos; compartimentos de soporte de misiles tácticos de defensa aérea y revestimientos de alerones, paneles de pared, marcos reforzados, placas de timón, marcos divisorios y otras piezas de munición para flechas; aviones de combate, bombarderos, helicópteros, aviones de transporte, radares aerotransportados, misiles tierra-aire, vehículos de lanzamiento, satélites artificiales y otros componentes de naves espaciales. Las aleaciones de magnesio son livianas, tienen buena resistencia y rigidez específicas, buen rendimiento de amortiguación de vibraciones, fuertes interferencias electromagnéticas y fuertes capacidades de blindaje, que pueden cumplir con los requisitos de los productos militares en cuanto a reducción de peso, absorción de ruido, absorción de impactos y protección contra la radiación. Ocupa una posición muy importante en la construcción aeroespacial y de defensa nacional y es un material estructural clave necesario para armas y equipos como aviones, satélites, misiles y aviones y tanques de combate.

Aleación de titanio

La aleación de titanio tiene alta resistencia a la tracción (441~1470MPa), baja densidad (4,5 g/cm³), excelente resistencia a la corrosión y cierta resistencia duradera a altas temperaturas y buena resistencia a bajas temperaturas de 300 a 550 grados. Dureza al impacto, es un material estructural ligero ideal. La aleación de titanio tiene las características funcionales de superplasticidad. Utilizando la tecnología de unión por formación y difusión de superplástico, la aleación se puede convertir en productos con formas complejas y dimensiones precisas con muy poco consumo de energía y material.

La aplicación de las aleaciones de titanio en la industria de la aviación es principalmente para fabricar piezas estructurales de fuselajes de aviones, trenes de aterrizaje, vigas de soporte, discos de compresores de motores, palas y juntas; En la industria aeroespacial, las aleaciones de titanio se utilizan principalmente para fabricar marcos y componentes portantes. , botellas de gas, recipientes a presión, carcasas de turbobombas, carcasas y boquillas de motores de cohetes sólidos y otras piezas. A principios de la década de 1950, el titanio industrial puro comenzó a utilizarse en algunos aviones militares para fabricar piezas estructurales como escudos térmicos traseros del fuselaje, capós traseros y frenos de velocidad; En la década de 1960, la aplicación de aleaciones de titanio en estructuras de aviones se amplió para incluir flaps enrollados deslizantes. , mamparos portantes, vigas de trenes de aterrizaje y otras estructuras importantes que soportan tensiones; Desde la década de 1970, el uso de aleaciones de titanio en aviones y motores militares ha aumentado rápidamente, expandiéndose desde aviones de combate hasta grandes bombarderos militares y aviones de transporte. Se utiliza en aviones F14 y F15. El uso representa el 25% del peso estructural, y el uso en los motores F100 y TF39 alcanza el 25% y el 33% respectivamente; Después de la década de 1980, los materiales de aleación de titanio y la tecnología de proceso alcanzaron un mayor desarrollo, y un avión B1B requiere 90.402 kilogramos de titanio. Entre las aleaciones de titanio aeroespaciales existentes, la más utilizada es la aleación multiusos a+b tipo Ti-6Al-4V. En los últimos años, Occidente y Rusia han desarrollado sucesivamente dos nuevos tipos de aleaciones de titanio. Son aleaciones de titanio con alta resistencia, alta tenacidad, soldabilidad y buena formabilidad, y aleaciones de titanio con alta temperatura, alta resistencia y retardo de llama. Estas dos aleaciones avanzadas de titanio desempeñarán un papel importante en la futura industria aeroespacial. tiene buenas perspectivas de aplicación.

Con el desarrollo de la guerra moderna, el ejército necesita un sistema de obús avanzado multifuncional con alta potencia, largo alcance, alta precisión y capacidad de respuesta rápida. Una de las tecnologías clave del sistema avanzado de obús es la tecnología de nuevos materiales. El aligeramiento de materiales para torretas de artillería autopropulsadas, componentes y vehículos blindados de metal ligero es una tendencia inevitable en el desarrollo de armas. Con la premisa de garantizar dinámica y protección, las aleaciones de titanio se utilizan ampliamente en armas militares. El uso de aleación de titanio para el freno de boca de artillería 155 no solo puede reducir el peso, sino también reducir la deformación del cañón de artillería causada por la gravedad, mejorando efectivamente la precisión del disparo; algunas formas complejas en los principales tanques de batalla y misiles multipropósito antitanque para helicópteros. Los componentes pueden estar hechos de aleación de titanio, que no solo puede cumplir con los requisitos de rendimiento del producto sino también reducir el costo de procesamiento de las piezas.

Durante mucho tiempo, la aplicación de las aleaciones de titanio estuvo muy limitada debido a los elevados costes de fabricación. En los últimos años, países de todo el mundo están desarrollando activamente aleaciones de titanio de bajo costo para reducir los costos y al mismo tiempo mejorar el rendimiento de las aleaciones de titanio. En mi país, el coste de fabricación de las aleaciones de titanio sigue siendo relativamente alto. A medida que aumenta gradualmente la cantidad de aleaciones de titanio, la búsqueda de menores costos de fabricación es una tendencia inevitable en el desarrollo de aleaciones de titanio.

Materiales compuestos

4.1 Materiales compuestos a base de resina

Los materiales compuestos a base de resina tienen buena procesabilidad de moldeo, alta resistencia específica, alto módulo específico, baja densidad, resistencia a la fatiga, absorción de impactos, resistencia a la corrosión química, buenas propiedades dieléctricas y baja conductividad térmica. De alta eficiencia y otras características, es ampliamente utilizado en la industria militar. Los materiales compuestos a base de resina se pueden dividir en dos categorías: termoestables y termoplásticos. Los materiales compuestos a base de resinas termoestables son un tipo de materiales compuestos que utilizan varias resinas termoestables como matriz y agregan varias fibras de refuerzo; mientras que las resinas termoplásticas son un tipo de compuestos poliméricos lineales que se pueden disolver en solventes o en Se ablanda y se funde en un líquido viscoso cuando se calienta y se endurece hasta convertirse en un sólido cuando se enfría. Los materiales compuestos a base de resina tienen excelentes propiedades integrales, el proceso de preparación es fácil de implementar y las materias primas son abundantes. En la industria de la aviación, los materiales compuestos a base de resina se utilizan para fabricar alas de aviones, fuselajes, canards, colas horizontales y conductos exteriores de motores; En el campo aeroespacial, los materiales compuestos a base de resina no solo son materiales importantes para timones, radares y tomas de aire, sino que también se pueden usar para fabricar la carcasa aislante de la cámara de combustión del motor de cohete sólido y también se pueden usar. como material resistente al calor por ablación para la boquilla del motor. Los nuevos materiales compuestos de resina de cianato desarrollados en los últimos años tienen las ventajas de una fuerte resistencia a la humedad, buenas propiedades dieléctricas de microondas y una buena estabilidad dimensional. Se utilizan ampliamente en la producción de piezas estructurales aeroespaciales, piezas estructurales de carga primaria y secundaria de aeronaves y radomos de radar.

4.2 Compuestos de matriz metálica

Los materiales compuestos de matriz metálica tienen alta resistencia específica, alto módulo específico, buen rendimiento a altas temperaturas, bajo coeficiente de expansión térmica, buena estabilidad dimensional y excelente conductividad eléctrica y térmica, y se han utilizado ampliamente en la industria militar. El aluminio, el magnesio y el titanio son las principales matrices de los compuestos de matriz metálica. Los materiales de refuerzo generalmente se pueden dividir en tres categorías: fibras, partículas y bigotes. Entre ellos, los compuestos de matriz de aluminio reforzados con partículas han entrado en la verificación de modelos, como los utilizados en los aviones de combate F-16. La aleta ventral reemplaza la aleación de aluminio y su rigidez y vida útil mejoran enormemente. Los materiales compuestos a base de magnesio y aluminio reforzado con fibra de carbono no solo tienen una alta resistencia específica, sino que también tienen un coeficiente de expansión térmica cercano a cero y una buena estabilidad dimensional. Se han utilizado con éxito para fabricar soportes de satélites artificiales, antenas planas de banda L, telescopios espaciales y satélites artificiales. Antenas parabólicas, etc.; los materiales compuestos de matriz de aluminio reforzados con partículas de carburo de silicio tienen un buen rendimiento a altas temperaturas y características antidesgaste, y pueden usarse para fabricar componentes de cohetes y misiles, componentes de sistemas de guía láser e infrarrojos, dispositivos de aviónica de precisión, etc.; Matriz de titanio reforzada con fibra de carburo de silicio Los materiales compuestos tienen buena resistencia a altas temperaturas y resistencia a la oxidación y son materiales estructurales ideales para motores con una alta relación empuje-peso. Ahora han entrado en la etapa de prueba de motores avanzados. En el campo de la industria de armas, los materiales compuestos de matriz metálica se pueden utilizar en zuecos perforantes estabilizados con cola de gran calibre, carcasas sólidas de motores de misiles multipropósito antihelicópteros/antitanques y otros componentes para reducir el peso de la ojiva. y mejorar las capacidades de combate.

4.3 Compuestos de matriz cerámica

Los materiales compuestos de matriz cerámica son un término general para materiales que utilizan fibras, bigotes o partículas como refuerzos y se combinan con una matriz cerámica mediante un determinado proceso compuesto. Se puede observar que los materiales compuestos de matriz cerámica introducen una segunda fase en la matriz cerámica. Los materiales multifásicos compuestos por componentes superan la fragilidad inherente de los materiales cerámicos y se han convertido en el aspecto más activo en la investigación actual en ciencia de materiales. Los materiales compuestos de matriz cerámica tienen las características de baja densidad, alta resistencia específica, buenas propiedades termomecánicas y resistencia al choque térmico. Son uno de los materiales de apoyo clave para el futuro desarrollo de la industria militar. Aunque los materiales cerámicos tienen buenas propiedades a altas temperaturas, también son quebradizos. Los métodos para mejorar la fragilidad de los materiales cerámicos incluyen el endurecimiento por cambio de fase, el endurecimiento por microfisuras, el endurecimiento con metales dispersos y el endurecimiento con fibras continuas. Los materiales compuestos de matriz cerámica se utilizan principalmente para fabricar válvulas de tobera de motores de turbinas de gas para aviones, que desempeñan un papel importante en la mejora de la relación empuje-peso del motor y la reducción del consumo de combustible.

4.4 Compuestos carbono-carbono

Los materiales compuestos carbono-carbono son materiales compuestos compuestos por refuerzo de fibra de carbono y matriz de carbono. Los materiales compuestos de carbono-carbono tienen una serie de ventajas, como alta resistencia específica, buena resistencia al choque térmico, fuerte resistencia a la ablación y rendimiento diseñable. El desarrollo de materiales compuestos carbono-carbono está estrechamente relacionado con los exigentes requisitos de la tecnología aeroespacial. Desde la década de 1980, la investigación sobre materiales compuestos carbono-carbono ha entrado en una etapa de mejora del rendimiento y ampliación de las aplicaciones. En la industria militar, las aplicaciones más llamativas de los materiales compuestos de carbono-carbono son las tapas cónicas de nariz de carbono-carbono antioxidantes y los bordes de ataque de las alas de los transbordadores espaciales. El mayor producto de carbono-carbono son las pastillas de freno de los aviones supersónicos. Los materiales compuestos de carbono-carbono se utilizan principalmente como materiales ablativos y materiales estructurales térmicos en el sector aeroespacial. Específicamente, se utilizan como tapas de ojivas para misiles intercontinentales, boquillas de cohetes sólidos y bordes de ataque de alas de transbordadores espaciales. La densidad actual de los materiales avanzados de boquillas de carbono-carbono es de 1,87~1,97 g/cm3 y la resistencia a la tracción del aro es de 75~115 MPa. Casi todas las tapas de los misiles intercontinentales de largo alcance desarrollados recientemente utilizan materiales compuestos de carbono-carbono.

Con el desarrollo de la tecnología de aviación moderna, la masa de carga de los aviones continúa aumentando y la velocidad de aterrizaje del vuelo continúa aumentando, lo que plantea requisitos más altos para el frenado de emergencia de los aviones. Los materiales compuestos de carbono-carbono son livianos, resistentes a altas temperaturas, absorben grandes cantidades de energía y tienen buenas propiedades de fricción. Se utilizan ampliamente en aviones militares de alta velocidad para fabricar pastillas de freno.

acero de ultra alta resistencia

El acero de ultra alta resistencia es acero con un límite elástico y una resistencia a la tracción superiores a 1200 MPa y 1400 MPa respectivamente. Se investiga y desarrolla para cumplir con los requisitos de materiales de alta resistencia específica para estructuras de aeronaves. Debido a la expansión del uso de aleaciones de titanio y materiales compuestos en los aviones, la cantidad de acero utilizado en los aviones ha disminuido, pero los componentes clave de soporte de carga de los aviones todavía están hechos de acero de ultra alta resistencia. En la actualidad, el acero de baja aleación y ultraalta resistencia 300M, representativo a nivel internacional, es un acero típico para trenes de aterrizaje de aviones. Además, el acero D6AC de baja aleación y ultraalta resistencia es un material típico de carcasa de motor de cohete sólido. La tendencia de desarrollo del acero de ultra alta resistencia es mejorar continuamente la tenacidad y la resistencia a la corrosión bajo tensión, al tiempo que se garantiza una resistencia ultra alta.

Aleaciones avanzadas de alta temperatura

Las aleaciones de alta temperatura son materiales clave para los sistemas de energía aeroespaciales. Las aleaciones de alta temperatura son aleaciones que pueden soportar ciertas tensiones a altas temperaturas de 600 a 1200 grados y tienen capacidades antioxidantes y anticorrosión. Son los materiales preferidos para los discos de turbinas de motores aeroespaciales. Según los diferentes componentes de la matriz, las aleaciones de alta temperatura se dividen en tres categorías: a base de hierro, a base de níquel y a base de cobalto. Hasta los años 1960, los discos de las turbinas de los motores se fabricaban con aleaciones forjadas para altas temperaturas. Los grados típicos incluyen A286 e Inconel 718. En la década de 1970, la American GE Company utilizó una aleación Rene95 en polvo de solidificación rápida para fabricar el disco de turbina del motor CFM56, lo que aumentó considerablemente su relación empuje-peso. , la temperatura de funcionamiento aumenta significativamente. Desde entonces, los discos de turbina para pulvimetalurgia se han desarrollado rápidamente. Recientemente, Estados Unidos ha adoptado un proceso de solidificación rápida por deposición por aspersión para fabricar discos de turbina de aleación de alta temperatura. En comparación con las aleaciones en polvo de alta temperatura, el proceso es simple, el costo se reduce y tiene un buen rendimiento en el procesamiento de forjado. Es una tecnología de preparación con un gran potencial de desarrollo.

aleación de tungsteno

El tungsteno tiene el punto de fusión más alto entre los metales. Su destacada ventaja es que su alto punto de fusión aporta al material una buena resistencia a las altas temperaturas y a la corrosión. Ha mostrado excelentes características en la industria militar, especialmente en la fabricación de armas. En la industria armamentística, se utiliza principalmente para fabricar ojivas de diversos proyectiles perforantes. La aleación de tungsteno utiliza tecnología de pretratamiento en polvo y tecnología de fortalecimiento de grandes deformaciones para refinar los granos del material y alargar la orientación del grano, mejorando así la resistencia, tenacidad y poder de penetración del material. El material del núcleo de tungsteno del proyectil perforador de blindaje Tipo 125 II desarrollado por nuestro país es W-Ni-Fe, que adopta un proceso de sinterización compacta de densidad variable. Su rendimiento medio alcanza una resistencia a la tracción de 1.200 MPa, un alargamiento superior al 15% y un índice técnico de combate de 2,000 metros. La distancia atraviesa una armadura de acero homogénea de 600 mm de espesor. En la actualidad, la aleación de tungsteno se utiliza ampliamente como material central para los proyectiles perforantes de gran relación de aspecto del tanque de batalla principal, los proyectiles perforantes antiaéreos de calibre pequeño y mediano y los proyectiles perforantes de energía cinética de velocidad ultra alta, que Hace que varios proyectiles perforantes tengan un poder de penetración más poderoso.

compuestos intermetálicos

Los compuestos intermetálicos tienen estructuras superred ordenadas de largo alcance y mantienen fuertes enlaces metálicos, lo que les confiere muchas propiedades físicas, químicas y mecánicas especiales. Los compuestos intermetálicos tienen una excelente resistencia térmica y se han convertido en importantes nuevos materiales estructurales de alta temperatura estudiados activamente en el país y en el extranjero en los últimos años. En la industria militar se han utilizado compuestos intermetálicos para fabricar piezas que resistan cargas térmicas. Por ejemplo, la compañía Puau, con sede en EE. UU., fabrica palas para motores de turbinas de gas JT90, la Fuerza Aérea de EE. UU. utiliza titanio-aluminio para fabricar palas de rotores de motores de aviones pequeños, etc., y Rusia utiliza compuestos intermetálicos de titanio y aluminio que reemplazan las aleaciones resistentes al calor como coronas de pistones. , mejorando enormemente el rendimiento del motor. En el campo de la industria de armas, el material de la turbina del sobrealimentador del motor del tanque es una aleación de alta temperatura a base de níquel K18, que afecta el rendimiento de aceleración del tanque debido a su gran gravedad específica e inercia de arranque. Los compuestos intermetálicos de titanio y aluminio y sus componentes están hechos de fibras de alúmina y carburo de silicio. El nuevo material compuesto mejorado, liviano y resistente al calor puede mejorar en gran medida el rendimiento inicial del tanque y mejorar su capacidad de supervivencia en el campo de batalla. Además, los compuestos intermetálicos también se pueden utilizar en una variedad de componentes resistentes al calor para reducir el peso y mejorar la confiabilidad y combatir los indicadores de rendimiento.

cerámica estructural

Los materiales cerámicos son los materiales de alta tecnología de más rápido crecimiento en el mundo actual. Han evolucionado desde cerámicas monofásicas hasta cerámicas compuestas multifásicas. Los materiales cerámicos estructurales tienen buenas perspectivas de aplicación en la industria militar debido a sus excelentes propiedades, como resistencia a altas temperaturas, baja densidad, resistencia al desgaste y bajo coeficiente de expansión térmica.

En los últimos años, se ha llevado a cabo una extensa investigación sobre cerámica estructural para motores militares en el país y en el extranjero. Por ejemplo, se han puesto en práctica pequeñas turbinas para sobrealimentadores de motores; En Estados Unidos se han incorporado placas cerámicas en la parte superior del pistón, lo que ha aumentado considerablemente la vida útil del pistón y también ha mejorado la eficiencia térmica del motor. Alemania inserta componentes cerámicos en el puerto de escape para mejorar la eficiencia del puerto de escape. La camisa del pistón y la camisa del cilindro del refrigerador Stirling en miniatura de las cámaras termográficas infrarrojas extranjeras están hechas de materiales cerámicos, con una vida útil de hasta 2,000 horas; La potencia del giroscopio del misil es suministrada por el gas de pólvora, pero los residuos de pólvora en el gas tienen un impacto negativo en el giroscopio. Daño severo. Para eliminar los residuos en el gas y mejorar la precisión del impacto del misil, es necesario estudiar materiales filtrantes cerámicos adecuados para el gas de pólvora de misiles que funciona a 2000 grados. En el campo de la industria armamentística, la cerámica estructural se utiliza ampliamente en las turbinas de sobrealimentador de los motores de los tanques de batalla principales, en las tapas de los pistones, en las incrustaciones de los puertos de escape, etc., y son materiales clave para nuevas armas y equipos. En la actualidad, el requisito de radiofrecuencia de las ametralladoras de calibre 20-30 mm alcanza más de 1.200 disparos por minuto, lo que hace que la ablación del cañón sea extremadamente grave. El alto punto de fusión y la estabilidad química a alta temperatura de la cerámica se utilizan para suprimir eficazmente la ablación grave del cilindro. Los materiales cerámicos tienen alta resistencia a la compresión y a la fluencia. Mediante un diseño razonable, los materiales cerámicos pueden mantener un estado de compresión tridimensional y superar su fragilidad. , para garantizar el uso seguro de los revestimientos cerámicos.