新材料在军事上的应用

新材料在军事上的应用

摘要：通过新材料在军事领域中的应用介绍，分析了军用新材料对改善高技术武器装备物理性能和军事效能的作用，论述了物理学、新材料、军事三者之间相互影响、相互促进的密切关系，从而说明了物理学对现代军事高技术的发展起着举足轻重的作用。

新材料技术是介于基础科技与应用科技之间的应用性基础技术。而军用新材料技术则是用于军事领域的新材料技术，这部分技术是发展高技术武器的物质基础。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。

常见的军用新材料技术：高级复合材料，先进陶瓷材料，高分子材料，非晶态材料，功能材料。

复合材料是指两种以上不同性质或不同结构物质组合而成的材料，通常由基体材料和增强剂构成。如碳纤维复合材料，它是一种质轻、强度高的复合材料，主要以聚丙烯腈为原料，也可用人造丝、石油沥青或煤沥青为原料，具有强度高、刚度高、耐疲劳、重量轻等优点。采用这种材料后，美国的 AV －8B 垂直起降飞机的重量减轻了27％。F－18 战斗机减轻了 10％。

先进陶瓷材料是当前世界上发展最快的高技术材料，它已经由单相陶瓷发展到多相复合陶瓷，由微米级陶瓷复合材料发展到纳米级陶瓷复合材料。先进陶瓷材料主要有功能陶瓷材料和结构陶瓷材料两大类。其中，在结构材料中，人们已经研制出氮化硅高温结构陶瓷，

这种材料不仅克服了陶瓷的致命的脆弱性，而且具有很强的韧性、可塑性、耐磨性和抗冲击能力，与普通热燃气轮机相比，陶瓷热机的重量可减轻 30％，而功率则提高 30％，节约燃料 50％。

高分子材料又称高分子化合物或高分子聚合物，是由单体聚合而成的分子量较高的化合物，其分子量高达几千几百万。塑料、合成橡胶、合成纤维是当今三大有机合成高分子材料。高分子化合材料除在武器装备中大量使用外，还可以代替高强度合金用于军用飞机，可大大减轻其重量，同时，高分子材料也广泛用于粘结兵器部件，尤其是非金属比例较大的火箭导弹部件。

非晶态材料是指用人工方法将晶体材料加工成具有特殊功能的非晶态物质。非晶态材料主要包括非晶态金属和非晶态陶瓷氧化物。非晶态金属的特点是：强度比相应晶体材料高 10倍，搞腐蚀性好，韧性大，电磁性能优良，电阻率高，耐磨性好，热膨胀系数小。非晶态陶瓷的主要优点是具有耐超高温性能。

功能材料是指利用声、光、电、磁、热、化、生化等效应，能把能量从一种形式转变成另一种形式的材料。功能材料品种很多，如电子计算机的记忆元件、激光器的工作物质红宝石、声纳振荡器的压电陶瓷，以及超导材料、光学塑料、热电材料、光敏材料、反激光材料、防辐射与电子材料等等。

新材料技术的军事应用

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。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，人们已经利用高技术材料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 155 毫米榴弹炮，在采用轻型新材料后仅重 7136 千克，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，许多国家都在利用高技术材料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。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兵防护能力。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、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 MIA1、MIA2 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。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 1 千克，运载它们的火箭就可减轻 500 千克。因此，导弹弹体和卫星都要使用重量轻、刚度好、耐高温、弹性强的新性复合材料。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 38 吨，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％。应用于武器战斗部高技术材料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 600 毫米的钢板。而破甲弹使用了新材料技术后，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 1300 毫米，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。

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雷达波，剩下的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。应用于后勤装备 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 12 秒钟内能承受 800 摄氏度高温，可大大减少战场烧伤的发生。