新材料,又稱先進(jìn)材料(AdvancedMaterials),是指新近研究成功的和正在研制中的具有優(yōu)異特性和功能,能滿足高技術(shù)需求的新型材料。人類歷史的發(fā)展表明,材料是社會發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo),而新材料則是社會進(jìn)步的里程碑。
材料技術(shù)一直是世界各國科技發(fā)展規(guī)劃之中的一個(gè)十分重要的領(lǐng)域,它與信息技術(shù)、生物技術(shù)、能源技術(shù)一起,被公認(rèn)為是當(dāng)今社會及今后相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)總攬人類全局的高技術(shù)。材料高技術(shù)還是支撐當(dāng)今人類文明的現(xiàn)代工業(yè)關(guān)鍵技術(shù),也是一個(gè)國家國防力量最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。國防工業(yè)往往是新材料技術(shù)成果的優(yōu)先使用者,新材料技術(shù)的研究和開發(fā)對國防工業(yè)和武器裝備的發(fā)展起著決定性的作用。
軍用新材料的戰(zhàn)略意義
軍用新材料是新一代武器裝備的物質(zhì)基礎(chǔ),也是當(dāng)今世界軍事領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。而軍用新材料技術(shù)則是用于軍事領(lǐng)域的新材料技術(shù),是現(xiàn)代精良武器裝備的關(guān)鍵,是軍用高技術(shù)的重要組成部分。世界各國對軍用新材料技術(shù)的發(fā)展給予了高度重視,加速發(fā)展軍用新材料技術(shù)是保持軍事領(lǐng)先的重要前提。
軍用新材料的現(xiàn)狀與發(fā)展
軍用新材料按其用途可分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩大類,主要應(yīng)用于航空工業(yè)、航天工業(yè)、兵器工業(yè)和船艦工業(yè)中。
1軍用結(jié)構(gòu)材料
1)鋁合金
鋁合金一直是軍事工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的金屬結(jié)構(gòu)材料。鋁合金具有密度低、強(qiáng)度高、加工性能好等特點(diǎn),作為結(jié)構(gòu)材料,因其加工性能優(yōu)良,可制成各種截面的型材、管材、高筋板材等,以充分發(fā)揮材料的潛力,提高構(gòu)件剛、強(qiáng)度。所以,鋁合金是武器輕量化首選的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。
鋁合金在航空工業(yè)中主要用于制造飛機(jī)的蒙皮、隔框、長梁和珩條等;在航天工業(yè)中,鋁合金是運(yùn)載火箭和宇宙飛行器結(jié)構(gòu)件的重要材料,在兵器領(lǐng)域,鋁合金已成功地用于步兵戰(zhàn)車和裝甲運(yùn)輸車上,最近研制的榴彈炮炮架也大量采用了新型鋁合金材料。
近年來,鋁合金在航空航天業(yè)中的用量有所減少,但它仍是軍事工業(yè)中主要的結(jié)構(gòu)材料之一。鋁合金的發(fā)展趨勢是追求高純、高強(qiáng)、高韌和耐高溫,在軍事工業(yè)中應(yīng)用的鋁合金主要有鋁鋰合金、鋁銅合金(2000系列)和鋁鋅鎂合金(7000系列)。
新型鋁鋰合金應(yīng)用于航空工業(yè)中,預(yù)測飛機(jī)重量將下降8~15%;鋁鋰合金同樣也將成為航天飛行器和薄壁導(dǎo)彈殼體的候選結(jié)構(gòu)材料。隨著航空航天業(yè)的迅速發(fā)展,鋁鋰合金的研究重點(diǎn)仍然是解決厚度方向的韌性差和降低成本的問題。
2)鈦合金
鈦合金具有較高的抗拉強(qiáng)度(441~1470兆帕),較低的密度(4.5g/cm3),優(yōu)良的抗腐蝕性能和在300~550oC溫度下有一定的高溫持久強(qiáng)度和很好的低溫沖擊韌性,是一種理想的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。鈦合金具有超塑性的功能特點(diǎn),采用超塑成形-擴(kuò)散連接技術(shù),可以以很少的能量消耗和材料消耗將合金制成形狀復(fù)雜和尺寸精密的制品。
鈦合金在航空工業(yè)中的應(yīng)用主要是制作飛機(jī)的機(jī)身結(jié)構(gòu)件、起落架、支撐梁、發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)盤、葉片和接頭等;在航天工業(yè)中,鈦合金主要用來制作承力構(gòu)件、框架、氣瓶、壓力容器、渦輪泵殼、固體火箭發(fā)動機(jī)殼體及噴管等零部件。50年代初,在一些軍用飛機(jī)上開始使用工業(yè)純鈦制造后機(jī)身的隔熱板、機(jī)尾罩、減速板等結(jié)構(gòu)件;60年代,鈦合金在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用擴(kuò)大到襟翼滑軋、承力隔框、起落架梁等主要受力結(jié)構(gòu)中;70年代以來,鈦合金在軍用飛機(jī)和發(fā)動機(jī)中的用量迅速增加,從戰(zhàn)斗機(jī)擴(kuò)大到軍用大型轟炸機(jī)和運(yùn)輸機(jī),它在F14和F15飛機(jī)上的用量占結(jié)構(gòu)重量的25%,在F100和TF39發(fā)動機(jī)上的用量分別達(dá)到25%和33%;80年代以后,鈦合金材料和工藝技術(shù)達(dá)到了進(jìn)一步發(fā)展,一架B1B飛機(jī)需要90402公斤鈦材?,F(xiàn)有的航空航天用鈦合金中,應(yīng)用最廣泛的是多用途的a+b型Ti-6Al-4V合金。近年來,西方和俄羅斯相繼研究出兩種新型鈦合金,它們分別是高強(qiáng)高韌可焊及成形性良好的鈦合金和高溫高強(qiáng)阻燃鈦合金,這兩種先進(jìn)鈦合金在未來的航空航天業(yè)中具有良好的應(yīng)用前景。
隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭的發(fā)展,陸軍部隊(duì)需求具有威力大、射程遠(yuǎn)、精度高、有快速反應(yīng)能力的多功能的先進(jìn)加榴炮系統(tǒng)。先進(jìn)加榴炮系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一是新材料技術(shù)。自行火炮炮塔、構(gòu)件、輕金屬裝甲車用材料的輕量化是武器發(fā)展的必然趨勢。在保證動態(tài)與防護(hù)的前提下,鈦合金在陸軍武器上有著廣泛的應(yīng)用。155火炮制退器采用鈦合金后不僅可以減輕重量,還可以減少火炮身管因重力引起的變形,有效地提高了射擊精度;在主戰(zhàn)坦克及直升機(jī)-反坦克多用途導(dǎo)彈上的一些形狀復(fù)雜的構(gòu)件可用鈦合金制造,這既能滿足產(chǎn)品的性能要求又可減少部件的加工費(fèi)用。
在過去相當(dāng)長的時(shí)間里,鈦合金由于制造成本昂貴,應(yīng)用受到了極大的限制。近年來,世界各國正在積極開發(fā)低成本的鈦合金,在降低成本的同時(shí),還要提高鈦合金的性能。在我國,鈦合金的制造成本還比較高,隨著鈦合金用量的逐漸增大,尋求較低的制造成本是發(fā)展鈦合金的必然趨勢。