The application and development trend of new military materials in the field

資料科技一直是世界各國科技發展規劃中非常重要的領域。 它與資訊技術、生物技術和能源科技一起，被公認為將在當今社會和未來很長一段時間內接管整個人類狀況的高科技。 資料的高科技也是支撐當今人類文明的現代工業的關鍵技術。 它也是一個國家國防力量最重要的物質基礎。 國防工業往往是新材料技術的首選用戶，新材料技術研發對國防工業和武器裝備的發展起著决定性作用。

一
軍用新材料的戰畧意義
新型軍事資料是新一代武器裝備的物質基礎，也是世界軍事領域的關鍵技術。 軍事新材料技術是應用於軍事領域的新材料技術，是現代尖端武器裝備的關鍵，是軍事高技術的重要組成部分。 世界各國都高度重視新型軍事資料科技的發展。 加快發展新型軍用資料科技是保持軍事領先地位的重要前提。

二
軍用新材料的應用現狀
根據用途，新型軍事資料可分為結構資料和功能資料，主要應用於航空工業、航太工業、兵器工業和船舶工業。


軍用結構資料
01
鋁合金

鋁合金是軍事工業中應用最廣泛的金屬結構資料。 鋁合金具有密度低、强度高、加工效能好等特點。作為一種結構資料，由於其優异的加工效能，可以製成各種型材、管材、高强度板等，以充分發揮資料的潜力，提高構件的剛度和强度。 囙此，鋁合金是武器輕量化的首選輕量化結構資料。

航空工業中的鋁合金主要用於製造飛機蒙皮、機架、長梁和車頭時距； 在航空航太工業中，鋁合金是運載火箭和航天器結構件的重要資料。 在武器領域，鋁合金已成功應用於步兵戰車和裝甲運輸車，最近開發的榴彈炮炮架也使用了大量新型鋁合金資料。

近年來，鋁合金在航空航太工業中的使用有所减少，但它仍然是軍工行業的主要結構資料之一。 鋁合金的發展趨勢是追求高純度、高强度、高韌性和耐高溫。 軍工用鋁合金主要包括鋁鋰合金、鋁銅合金（2000系列）和鋁鋅鎂合金（7000系列）。

應用於航空業的新型鋁鋰合金預計將使飛機重量減輕8%至15%。 鋁鋰合金也將成為航空航太飛行器和薄壁飛彈外殼的候選結構資料。 隨著航空航太事業的快速發展，鋁鋰合金的研究重點仍然是解决厚度方向的韌性和成本降低問題。

02
鎂合金

鎂合金作為最輕的工程金屬材料，具有比重輕、比强度和剛度高、阻尼和導熱性好、電磁遮罩能力强、减振效能好等一系列獨特效能，極大地滿足了航空航太、現代武器裝備等軍事領域的需要。

鎂合金在軍事裝備中有許多應用，如油箱座架、車長鏡、槍長鏡、變速箱、發動機濾清器座、進出水管、空氣分配器座、油泵殼、水泵殼、機油熱交換器、機油濾清器殼、閥室蓋、呼吸器等車用零件。 戰術防空導彈的配套座艙段、副翼蒙皮、壁板、加强架、舵板、擋板架等彈箭部件； 戰鬥機、轟炸機、直升機、運輸機、機載雷達、地空導彈、運載火箭、衛星和其他航天器飛機部件。 鎂合金具有重量輕、比强度和剛度好、减振效能好、電磁干擾大、遮罩能力强等優點，可滿足軍品的减重、吸聲、减震、防輻射要求。 它在航空航太和國防建設中發揮著非常重要的作用。 它是飛機、衛星、飛彈、戰鬥機、戰車和其他武器裝備的關鍵結構資料。

03
鈦合金

鈦合金是一種理想的輕質結構資料，具有高抗拉强度（441～1470MPa）、低密度（4.5g/cm³）、優异的耐腐蝕性，在300～550℃具有一定的高溫持久强度和良好的低溫衝擊韌性。 鈦合金具有超塑性的作用。 利用超塑性形狀擴散連接科技，可以將合金製成形狀複雜、尺寸精確的產品，能耗和資料消耗都很小。

的應用鈦-alloy.html>；鈦合金在航空工業中主要生產飛機機身結構件、起落架、支撐梁、發動機壓縮盤、葉片和接頭； 在航太工業中，鈦合金主要用於製造承載部件、框架、氣缸、壓力容器、渦輪泵殼體、固體火箭發動機殼體和噴嘴部件。 20世紀50年代初，一些軍用飛機開始使用工業純鈦製造機身後部的隔熱板、尾罩、速度板等結構部件； 20世紀60年代，鈦合金在飛機結構中的應用擴展到襟翼滑動、軸承架、起落架梁等主要受力結構。 自20世紀70年代以來，鈦合金在軍用飛機和發動機中的使用迅速新增，從戰鬥機擴展到軍用大型轟炸機和運輸機。 它在F14和F15飛機上的使用占結構重量的25%，在F100和TF39發動機上的使用分別占25%和33%。 20世紀80年代後，鈦合金資料和工藝科技得到進一步發展，一架B1B飛機需要90402公斤鈦資料在現有的航空航太鈦合金中，應用最廣泛的是多用途a+bTi-6Al-4V合金。 近年來，西方和俄羅斯開發了兩種新的鈦合金，它們是高强度高韌性焊接和良好成形性的鈦合金和高溫高强度阻燃鈦合金，這兩種先進的鈦合金在未來的航空航太工業中具有良好的應用前景。

隨著現代戰爭的發展，軍隊需要高威力、遠程、高精度、快速反應的先進榴彈炮系統。 新型資料科技是先進榴彈炮系統的關鍵技術之一。 自行火炮炮塔、部件和輕金屬裝甲車採用輕量化資料是武器發展的必然趨勢。 鈦合金被廣泛用於軍隊武器，以確保動態和防護條件。 155射擊加工减阻器採用鈦合金，不僅可以減輕重量，還可以减少槍管因重力而產生的變形，有效提高射擊精度； 主戰坦克和直升機反坦克多用途飛彈的一些複雜部件可以採用鈦合金製造，既能滿足產品的效能要求，又能降低部件的加工成本。

在過去很長一段時間裏，鈦合金由於製造成本高，應用受到很大限制。 近年來，世界各國都在積極開發低成本的鈦合金，在降低成本的同時，也提高了鈦合金的效能。 在我國，鈦合金的製造成本仍然相對較高，隨著鈦用量的逐漸新增，尋求更低的製造成本是鈦合金發展的必然趨勢。

04
複合材料

4.1樹脂基複合材料

樹脂基複合材料具有成型工藝好、比强度高、比模量高、密度低、抗疲勞、减震、耐化學腐蝕、介電效能好、導熱係數低等特點，廣泛應用於軍工行業。 樹脂基複合材料可分為熱固性和熱塑性。 熱固性樹脂基複合材料是以各種熱固性樹脂為基體，與各種增强纖維複合而成的一種複合材料。 熱塑性樹脂是一類線型高分子化合物，它可以溶解在溶劑中，加熱時也可以軟化並融化成粘性液體，冷卻後硬化成固體。 樹脂基複合材料綜合性能優异，製備簡單，原料豐富。 在航空工業中，樹脂基複合材料被用於製造機翼、機身、鴨翼、平尾翼和發動機外部。 在航空航太領域，樹脂基複合材料不僅是舵、雷達和進氣道的重要資料，還可以用於製造固體火箭發動機燃燒室的絕熱殼體，還可以用作發動機噴嘴的燒蝕隔熱材料。 近年來開發的新型氰酸樹脂複合材料具有防潮性强、微波介電效能好、尺寸穩定性好等優點，廣泛應用於航空航太結構件、飛機主副軸承結構件和雷達天線罩的製造。

4.2金屬基複合材料
金屬基複合材料具有高比强度、高比模量、良好的高溫效能、低熱膨脹係數、良好的尺寸穩定性、優异的導電性和導熱性，已廣泛應用於軍事工業。 鋁、鎂和鈦是金屬基複合材料的主要基體，增强資料一般可分為纖維、顆粒和晶須三類，其中顆粒增强鋁基複合材料已進入型號驗證，例如在F-16戰鬥機中用作骨盆鰭而非鋁合金，其剛度和壽命都有了很大提高。 碳纖維增强鋁鎂基複合材料具有高比强度、接近零的熱膨脹係數和良好的尺寸穩定性，已成功應用於衛星支架、L波段平面天線、太空望遠鏡、衛星抛物面天線等的製造。碳化矽顆粒增强鋁基複合資料具有良好的高溫效能和耐磨特性，可用於火箭、飛彈部件、紅外和鐳射制導系統部件、精密航空電子設備等的生產。碳化矽纖維增強鈦基複合材料有良好的耐高溫和抗氧化效能。 它是大推重比發動機的理想結構資料，現時已進入先進發動機的試驗階段。 在兵器工業領域，金屬基複合材料可用於大口徑尾翼穩定器殼體、反直升機/反坦克多用途飛彈固體發動機殼體等部件，以減輕彈頭重量，提高作戰能力。

4.3陶瓷基複合材料

陶瓷基複合材料是指以纖維、晶須或顆粒為增强體，與陶瓷基複合，經過一定複合工藝而成的資料的總稱。 由此可見，陶瓷基體複合材料是一種由引入陶瓷基體的第二相組分組成的多相資料，克服了陶瓷材料固有的脆性，成為當前材料科學研究中最活躍的方面之一。 陶瓷基複合材料具有低密度、高比强度、良好的熱機械效能和抗熱震性，是未來軍工發展的關鍵支撐資料之一。 陶瓷材料的高溫效能好，但脆性大。 提高陶瓷材料脆性的方法包括相變增韌、微裂紋增韌、分散金屬增韌和連續纖維增韌。 陶瓷基複合材料主要用於製造航空燃氣渦輪發動機的噴嘴閥，在提高推重比和降低燃料消耗方面發揮著重要作用。

4.4碳-碳複合材料
碳-碳複合材料由碳纖維增強劑和碳基體組成，具有比强度高、抗熱震性好、抗燒蝕性强和可設計效能等一系列優點。 碳-碳複合材料的發展與航太科技的要求密切相關。 自20世紀80年代以來，碳-碳複合材料的研究已進入提高效能和擴大應用的階段。 在軍事工業中，碳碳複合材料最顯著的用途是太空梭的抗氧化碳碳鼻錐蓋和機翼前緣，碳碳產品的最大用途是超音速飛機的刹車片。 在航空航太領域，碳碳複合材料主要用作燒蝕資料和熱結構資料。 具體而言，它們被用作洲際導彈彈頭、固體火箭噴嘴和太空梭機翼前緣的鼻錐蓋。 現時先進的碳-碳噴嘴的密度為1.87～1.97克/立方釐米，環形拉伸强度為75～115兆帕。 最近開發的遠程洲際導彈的端蓋幾乎都是由碳-碳複合材料製成的。

隨著現代航空科技的發展，飛機的裝載質量不斷增加，降落速度不斷提高，這對飛機的緊急制動提出了更高的要求。 碳碳複合材料重量輕、耐高溫、吸能高、摩擦效能好，廣泛應用於高速軍用飛機刹車片。

05
複合超高强度鋼

超高强度鋼是指屈服强度和抗拉强度分別超過1200兆帕和1400兆帕的鋼。 它是為滿足飛機結構中高比强度資料的要求而研發的。 由於鈦合金和複合材料的膨脹，鋼在飛機中的使用已經减少，但飛機的關鍵承重部件仍然由超高强度鋼制成。 現時，國際上具有代表性的低合金超高强度鋼300M，是典型的飛機起落架鋼。 此外，低合金超高强度鋼D6AC是典型的固體火箭發動機外殼資料。 在保證超高强度的同時，提高韌性和抗應力腐蝕性是超高强度鋼的發展趨勢。

06
先進的高溫金屬

高溫合金是航空航太動力系統的關鍵資料。 高溫合金是一種能在600～1200℃的高溫下承受一定應力並具有抗氧化和耐腐蝕效能的合金。 是航空發動機渦輪盤的首選資料。 根據基體成分的不同，高溫合金分為鐵基、鎳基和鈷基三類。 直到20世紀60年代，發動機渦輪盤都是由鍛造高溫合金製成的，典型的牌號為A286和鉻鎳鐵合金718。 20世紀70年代，通用電氣用快速凝固粉末Rene95合金製造了CFM56發動機渦輪盤，大大提高了其推重比和使用溫度。 從那時起，粉末冶金渦輪盤得到了快速發展。 近年來，美國採用噴射沉積快速凝固工藝製造的高溫合金渦輪盤是一種極具發展潜力的製備技術。 與粉末高溫合金相比，該高溫合金渦輪盤具有操作簡單、成本低、鍛造加工效能好的優點。

07
鎢合金

鎢是金屬中熔點最高的，其突出優點是高熔點帶來資料良好的高溫强度和耐腐蝕性，在軍事工業中，特別是在武器製造中表現出優异的特性。在兵器工業中，它主要用於製造各種穿甲彈頭。 通過粉末預處理和大變形强化科技，細化鎢合金的晶粒尺寸，拉長晶粒取向，提高資料的强度、韌性和穿透力。 主戰坦克125II型穿甲彈的鎢芯資料為W-Ni-Fe，鎢芯的平均效能為1200兆帕，伸長率超過15%，技術指標為2000米600毫米厚的均勻鋼裝甲。 現時，鎢合金廣泛應用於主戰坦克的大長徑比穿甲彈、中小口徑防空穿甲彈和超高速動能穿甲彈的覈心資料中，使各類穿甲彈具有更强大的擊穿能力。

08
金屬間化合物

金屬間化合物具有長範圍有序的超晶格結構，並保持著强烈的金屬鍵合，這賦予了它們許多特殊的物理化學性質和機械效能。 近年來，具有優异熱强度的金屬間化合物已成為重要的新型高溫結構資料。 在軍事工業中，金屬間化合物已被用於製造承受熱負荷的零件，如美國普奧公司製造的JT90燃氣輪機發動機葉片、美國空軍製造的鈦和鋁製成的小型飛機發動機轉子葉片等。俄羅斯使用鈦和鋁金屬間化合物代替耐熱合金作為活塞頂部，大大提高了發動機的效能。 在兵器工業領域，坦克發動機增壓器渦輪資料為K18鎳基高溫合金，由於其比值大、起動慣量大，影響坦克的加速性能，應用鈦鋁金屬間化合物及其氧化鋁、碳化矽纖維增強複合材料輕質耐熱新材料，可以大大提高坦克的起動效能，提高戰場生存能力。 此外，金屬間化合物可用於各種耐熱部件，減輕重量，提高可靠性和技術性能。

09
結構陶瓷

陶瓷材料是世界上發展最快的高科技資料。 它已經從單相陶瓷發展到多相複合陶瓷。 結構陶瓷材料具有耐高溫、低密度、耐磨、低熱膨脹係數等優异效能，在軍事工業中具有良好的應用前景。

近年來，國內外對軍用發動機用結構陶瓷進行了廣泛的研究。 例如，小型渦輪增壓器已經投入使用。 在美國，活塞頂部嵌入了陶瓷板，大大提高了活塞的使用壽命，也提高了發動機的熱效率。 德國排氣口鑲嵌陶瓷部件，提高了排氣口的使用效率。 國外紅外熱像儀上的微型斯特林製冷機的活塞套和氣缸套由陶瓷材料製成，使用壽命長達2000小時。 飛彈陀螺的供電依賴於火藥氣體，但火藥氣體中的火藥殘留物對陀螺的損壞嚴重。 為了消除氣體中的殘留物，提高飛彈的命中精度，有必要研究適用於2000℃下工作的飛彈火藥氣體的陶瓷過濾材料。 在武器工業領域，結構陶瓷廣泛應用於主戰坦克發動機的渦輪增壓器渦輪、活塞頂和排氣口鑲嵌塊，是新型武器裝備的關鍵資料。 現時，20～30毫米口徑機槍的射頻要求超過1200發/分鐘，這使得炮管的燒蝕極其嚴重。 陶瓷的高熔點和高溫化學穩定性可以有效地抑制炮管的嚴重燒蝕。 該陶瓷材料具有高的抗壓和抗蠕變特性。 通過合理的設計，陶瓷材料可以保持三向壓縮狀態，克服其脆性，確保陶瓷內襯的安全使用。

軍用功能資料
01
光電功能資料

光電功能資料是指在光電技術中使用的資料，它可以結合光電資訊的傳輸和處理，是現代資訊技術的重要組成部分。 光電功能資料在軍事工業中有著廣泛的應用。 碲化汞鎘和銻化銦是紅外探測器的重要資料。 硫化鋅、硒化鋅、砷化鎵主要用於生產飛機、飛彈和地面武器裝備紅外探測系統的窗戶、發動機罩、整流罩等。氟化鎂具有較高的透射率，較强的抗雨水侵蝕和侵蝕能力，是一種良好的紅外透射資料。 雷射晶體和雷射玻璃是高功率、高能的固體雷射資料，典型的雷射資料包括紅寶石晶體、摻釹釔鋁石榴石、電晶體雷射資料等。

02
儲氫材料

由於一些過渡團簇金屬、合金和金屬間化合物的特殊晶格結構，氫原子更容易滲透到金屬晶格的四面體或八面體間隙位置，形成金屬氫化物，稱為儲氫材料。

在兵器工業中，坦克和車輛中使用的鉛酸蓄電池由於容量低、自放電率高，需要經常充電。 放電輸出功率容易受到電池壽命、充電狀態和溫度的影響。 在寒冷的氣候下，坦克的啟動速度會明顯减慢，甚至無法啟動，這將影響坦克的作戰能力。 儲氫合金電池具有能量密度高、耐過充、抗震、低溫效能好、壽命長等優點，在未來主戰坦克電池的發展中具有廣闊的應用前景。

03
阻尼材料

阻尼是指自由振動的固體即使與外界完全隔絕，其機械效能也會轉化為熱能的現象。 使用高阻尼功能資料的目的是减少振動和譟音。 囙此，阻尼阻尼材料在軍事工業中具有重要意義。

金屬阻尼材料的應用主要集中在造船、航空航太等行業。 美國海軍已採用錳銅高阻尼合金製造潜艇螺旋槳，取得了明顯的阻尼效果。 在西方，阻尼材料和阻尼科技在武器中的應用研究受到了極大的關注。 一些已開發國家專門設立了阻尼材料在武器裝備中應用的研究機構。 20世紀80年代以後，國外阻尼减振降噪科技有了更大的發展，他們將CAD/CAM應用於减振降噪科技，設計-資料-工藝-試驗一體化，進行了阻尼减振降噪的整體結構設計。 20世紀70年代，我國開展了阻尼降噪資料的研究，取得了一定的成果，但與已開發國家相比仍有一定的差距。 阻尼材料在航空航太領域主要用於製造火箭、飛彈、噴射機等控制台或陀螺外殼； 在海洋工業中，阻尼材料被用於推進器、傳動部件和機艙隔板的製造，有效地减少了機械零件嚙合過程中表面碰撞引起的振動和譟音。 在兵器工業中，坦克變速器（變速箱）的振動是一種頻率範圍較寬的複雜振動。 高性能阻尼鋅鋁合金和防振耐磨表面覆層資料科技的應用，大大降低了主戰坦克傳動部分產生的振動和譟音。

04
隱形資料

現代攻擊武器的發展，特別是精確攻擊武器的出現，極大地威脅了武器裝備的生存，僅僅依靠加强武器的防護能力已經不再現實。 採用隱形科技是為了使敵人的探測、制導和偵察系統失去效能，從而盡可能地隱藏自己，奪取戰場上的主動權。 先發制人地探測和摧毀敵人已成為現代武器防護的一個重要發展方向。 隱形科技最有效的手段是使用隱形資料。 國外的隱形科技和資料研究始於第二次世界大戰期間，起源於德國，發展於美國，並延伸到英國、法國、俄羅斯等先進國家。 現時，美國在隱形科技和資料研究方面處於領先地位。 在航空領域，許多國家已經成功地將隱身技術應用於飛機隱身。 在常規武器方面，美國也在坦克和飛彈隱身方面進行了大量工作，並已被用於裝備，如美國M1A1坦克採用雷達波和紅外波隱身資料，前蘇聯T-80坦克也塗有隱身資料。

隱形資料包括毫米波結構吸收資料、毫米波橡膠吸收資料和多功能吸收塗層。 它們不僅可以降低毫米波雷達和毫米波制導系統的探測、跟踪和命中概率，還可以相容可見光、近紅外偽裝和中遠紅外熱偽裝效果。

近年來，國外在改進傳統隱身資料的同時，致力於探索各種新型資料。 晶須資料、納米材料、陶瓷材料、手性資料、導電聚合物資料等逐漸應用於雷達波和紅外隱身資料，使塗層更薄、更輕。 納米材料以其優异的吸波效能、寬頻帶、良好的相容性和薄的厚度在已開發國家被用作新一代隱身資料。 國內對毫米波隱身資料的研究始於20世紀80年代中期，研究組織主要集中在武器系統方面。 經過多年的努力，前期研究取得了很大進展，該科技可用於主戰坦克、155毫米先進榴彈炮系統和兩栖坦克等各種地基武器系統的偽裝和隱身。

現時，世界上正在開發第四代超音速戰鬥機，其機身結構採用複合材料、翼身融合機身和吸收塗層，使其真正具有隱形功能，電磁波吸收塗層、電磁遮罩塗層已開始噴塗在隱形飛機上。 美國和俄羅斯的地對空導彈正在使用輕質、寬帶吸收、熱穩定的隱形資料。 可以預見，隱形科技的研究與應用已成為世界國防科技最重要的課題之一。

三
我國軍用新材料的發展趨勢
軍工新材料技術含量高，軍工新材料產業化速度普遍較慢。 世界新型軍事資料正朝著功能化、超高能、複合輕量化、智能化方向發展。 囙此，鈦合金、複合材料和納米材料在軍工領域具有很好的工業化前景。

1.鈦合金

鈦是20世紀50年代開發的一種性能優良、資源豐富的金屬。 隨著軍工行業對高强度、低密度資料的需求日益迫切，鈦合金產業化進程明顯加快。 在國外，的重量鈦資料在先進飛機中已達到飛機結構總重量的30～35%。 “九五”期間，為了滿足航空、航太、海軍艦艇等部門的需求，國家將鈦合金作為新材料的發展重點之一。 預計“十五”期間將成為鈦合金新材料、新工藝快速發展的時期。

2.複合材料

軍用高技術的發展要求資料不再是單一的結構資料。 在這樣的條件下，我國在先進複合材料的開發和應用方面取得了巨大進展，“十五”期間的發展將更加引人注目。 21世紀，複合材料的發展方向是低成本、高性能、多功能、智能化。

3.納米材料

奈米科技是現代科學技術相結合的產物。 它不僅涉及現有的所有基礎科學技術領域，而且在軍事工業中有著廣泛的應用前景。 隨著未來戰爭的突然新增，各種探測手段越來越先進。 為了適應現代戰爭的需要，隱身技術在軍事領域發揮著非常重要的作用。 納米材料對雷達波具有很高的吸收率，為武器隱身技術的發展提供了物質基礎。