军用新材料技术应用进展

军用新材料技术的应用进展
[摘要] 介绍了在武器装备发展过程中军用新材料技术的重要性和新特点,阐述了军用新材料技术在军事中的应用前景。

[关键词]军用新材料技术武器装备应用
所谓新材料,是指那些新出现或正在发展中的具有传统材料所不具备的优异性能的材料,发展方向是高性能、多功能、复合化、智能化和低成本。

军用新材料技术是指用于制造各种作战平台、打击系统和军用信息系统等先进军事装备的高性能材料或新兴材料的研制与应用技术,它是介于基础科技与应用科技之间的应用性基础技术。

该技术的应用可显著提高武器装备的战技水平和全天候作战能力,不仅对改造现役和在研武器装备,使其实现轻量化、功能化和高性能化,而且对下一代武器装备的小型化、信息化和高智能化等都起着举足轻重的作用。

1军用新材料技术的重要性
1.1 军用新材料技术是发展武器装备的物质基础
现代科学技术的发展已表明,每一次重大技术的出现往往依赖于新材料的发展。

电子技术的发展依赖于半导体材料的发展;战略导弹、战术导弹和卫星的发展依赖于先进复合材料技术的发展;新型的复合装甲材料技术(即抗弹陶瓷和树脂基复合材料技术等)使坦克的防护迎来了新的发展机遇;工程塑料在枪械上的应用,使世界枪械研究徘徊不前的局面得以打破。

因此,世界军事强国对军用新材料技术的研制与发展投入了专门资金以确保武器装备的发展。

1.2 军用新材料技术的性能与水平是决定武器装备性能与水平
的重要因素
高效低成本树脂及弹箭复合材料研制成功及其在战略和战术弹
箭上的应用(如:kevlar纤维增强环氧复合材料弹箭壳体),显著改
进了武器装备战技指标,大大地增加了战略导弹的射程。

1.3 新技术是确保和提高武器装备生存能力的关键技术
装甲防护主要依赖于装甲钢、抗弹陶瓷和树脂基复合材料等技术;其隐身防护主要依赖于先进的隐身涂料和吸波材料技术。

弹箭武器的防护除采用热防护材料、耐烧蚀材料外,其隐身防护主要取决于吸波和透波高分子材料技术。

1.4 军用新材料技术的应用可导致一种新型武器装备产生和新
型作战模式形成
运用纳米材料技术可改性现用材料,提高其刚性、强度、耐热性,并赋予其功能特性。

若运用纳米技术制造武器装备部件,甚至研制纳米武器装备(如“苍蝇”式侦察机、“蜜蜂”式导弹群、“快艇”式装甲突击车和“乌龟”式坦克和微型机器人等),一旦研制成功并加以应用,未来军事技术和作战模式会发生何等变化就可想而知了。

2 军用新材料技术的特点
军用新材料与传统材料相比具有一些新的特点,这些特点对于发展高技术武器装备具有十分重要的意义。

2.1质量轻,强度高,弹性模量大
这为发展小型化、轻量化核武器、导弹、卫星、火箭和具有高机动性能的坦克、飞机等武器装备创造了条件。

2.2具有耐高温、高压、高速、高燃速、高热流、强腐蚀、强振动、强辐射和原子氧辐照等极端恶劣环境的性能
这为发展极端环境下使用导弹、火箭和可重复使用航天器及长寿命的火炮、飞机等武器装备奠定了基础。

2.3具有吸波、消声、降噪、吸能、减少红外特征等隐身功能和抗侵切、抗核、抗激光、抗粒子云侵蚀等防护功能或多种功能兼备的特性
这对提高坦克、飞机、导弹、舰艇和航天器等武器装备的生存能力和突防能力具有重要意义。

2.4具有优异的光、电、磁性能
这些性能是确保武器装备的控制、制导、导航、通信、电子战的准确性和有效性并向智能化方向发展,实现高精度、高效率、高可靠性要求的前提。

3 军用新材料技术在军事上的应用
军用新材料技术在军事上的用途十分广泛,用于武器装备可使其升级换代,性能大大提高。

3.1应用于后勤装备
20世纪80年代,美军开发了一种名叫“高尔泰克斯”的军用新材料,用这种新材料制成的冬服,不仅比原冬服重量减少28%,保暖性提高20%,而且还可以使雨水进不来,人体蒸发的汗却能顺利地排出
去。

日本陆军研制的含有65%的芳族聚酰胺和35%的耐热处理棉纤维的混纺织物制成的新型迷彩作训服,在12s内能承受800℃高温,可大大减少战场烧伤的发生。

3.2 应用于装甲防护
面对种种现代反装甲技术的发展,以及未来战场对坦克和装甲车辆构成的全方位威胁,迫切需要进一步提高现代复合装甲防护能力。

单从复合装甲构件来讲,就需要进一步开发具有超高硬度、高韧性和良好焊接性能的装甲钢和高强度先进陶瓷、高性能聚合物材料等新一代特殊功能材料。

如美军的m1a1、m1a2主战坦克,其炮塔和侧裙均采用了复合装甲,内衬板也是复合材料防弹板。

而若要使坦克不被击中,除提高机动性能外,更重要的是要发展“主动装甲”,即能预先识别目标,并利用诱饵触发和物理摧毁方法,破坏来袭兵器的“装甲”。

这种“主动装甲”实际上是一种由复合工程材料制成的合成系统,即在复合装甲中由引入的敏感、传感、微电子等材料和技术而构成的多功能材料系统。

将新的控爆材料,轻质多孔隔热、隔音、防火与防冲击材料用于坦克装甲车辆,就可以保证这些车辆中弹后能继续战斗。

3.3应用于炮兵武器
为了增大火炮的威力,现代火炮的口径不断增大。

为了提高炮弹的速度,人们已经利用军用新材料技术研制了电磁炮和电热炮。

此外,轻型结构材料对火炮的机动性也具有决定意义,如美国155mm榴弹炮,在采用轻型新材料后仅重7136kg,比德、法、意三国联合研制
的fh70和以色列的m71式同口径火炮要轻30%,目前,许多国家都在利用军用新材料技术研制超轻型远距离大威力火炮。

由于轻型材料的使用,可以使火炮的体积更小、重量更轻、机动性能更好、弹丸速度更快、威力更大。

3.4应用于隐形技术
现代隐形技术,除了外型设计上采用先进的方法,进行热红外线和自身电磁隐形外,主要是使用新型吸收波材料,即在飞机表面涂抹能大量吸收雷达波的新型介质材料,将雷达电磁波吸收,使雷达无法发现。

为应付不同雷达的不同工作方式,现在的隐形飞机已经开始有选择地使用吸收材料。

目前,美、英等国正进行主动抵消技术的研究,即利用吸收材料,先吸收大部分的雷达波,剩下少量的反射波再利用主动抵消技术将其全部抵消,雷达就会完全失去作用。

3.5应用于武器战斗部
军用新材料技术应用于武器的战斗部,可使其威力得到大大提高。

如将高密度钨合金与贫铀材料用于穿甲弹,可以提高穿甲侵切力,大长径比杆式动能弹,可以击穿600mm的钢板。

而破甲弹使用了军用新材料技术后,其侵切深度已大于锥形炮弹的10倍,一些大口径的射流侵切深度已经达到1.3m,并进一步向高纯度冶炼技术、新合金、精密成型和高性能复合化方向发展。

3.6应用于导弹、卫星、火箭技术
决定导弹、卫星、火箭重量的主要因素是其推进系统。

为了减轻重量并增大推力,通常采取两种方法:一是要靠高性能的推进剂;二
是要采用轻型壳体和各种轻型结构,以及耐高温材料。

战略导弹和卫星的重量每减轻1kg,运载它们的火箭就可减轻500kg。

因此,导弹弹体和卫星都要使用重量轻、刚度好、耐高温、弹性强的新型复合材料。

美国将火箭发动机金属壳体改用石墨纤维复合材料后其重量减轻了38t,并大大降低了研制成本。

而用碳铝复合材料制造卫星的波导管,不仅满足了轴向钢度、低膨胀系数和导电性能等方面的要求,而且使重量减轻了30%。

军用新材料技术是武器装备高技术的先导性技术和物质保障技术,没有先进的材料技术作基础,就不可能研制出高性能的武器装备。

军用新材料技术在军事上的广泛应用必将大大改善武器装备的性能和提高现代高技术战争的作战水平。

参考文献:
[1] 钟科. 新材料技术的最新发展. 后勤科技装备,2002.2
[2] 李岱颖. 新理念新材料是提高防护能力的出路所在. 长缨,2004.4。