16 nouveaux matériaux militaires

Les nouveaux matériaux militaires constituent la base matérielle d'une nouvelle génération d'armes et d'équipements et constituent également des technologies clés dans le domaine militaire du monde d'aujourd'hui. La nouvelle technologie matérielle militaire est une nouvelle technologie matérielle utilisée dans le domaine militaire. C’est la clé des armes et équipements modernes et sophistiqués et un élément important de la haute technologie militaire. Les pays du monde entier attachent une grande importance au développement de nouvelles technologies en matière de matériel militaire. Accélérer le développement de nouvelles technologies en matière de matériel militaire est une condition préalable importante au maintien du leadership militaire.

Statut d'application des nouveaux matériels militaires

Les nouveaux matériaux militaires peuvent être divisés en deux catégories : les matériaux structurels et les matériaux fonctionnels selon leurs utilisations. Ils sont principalement utilisés dans l’industrie aéronautique, l’industrie aérospatiale, l’industrie de l’armement et la construction navale.

Alliage d'aluminium

L’alliage d’aluminium a toujours été le matériau de structure métallique le plus utilisé dans l’industrie militaire. L'alliage d'aluminium présente les caractéristiques d'une faible densité, d'une haute résistance et de bonnes performances de traitement. En tant que matériau structurel, en raison de ses excellentes performances de traitement, il peut être transformé en profilés, tuyaux, plaques hautement renforcées, etc. de différentes sections pour utiliser pleinement le potentiel du matériau et améliorer les composants. Rigidité et solidité. Par conséquent, l’alliage d’aluminium est le matériau structurel léger préféré pour les armes légères.

Dans l’industrie aéronautique, les alliages d’aluminium sont principalement utilisés pour fabriquer des revêtements d’avion, des cloisons, des poutres longues et des barres de garniture. Dans l’industrie aérospatiale, les alliages d’aluminium sont des matériaux importants pour les pièces structurelles des lanceurs et des engins spatiaux. Dans le domaine des armes, les alliages d’aluminium ont été utilisés avec succès. Il est largement utilisé dans les véhicules de combat d'infanterie et les véhicules blindés de transport. Le support d'obusier récemment développé utilise également un grand nombre de nouveaux matériaux en alliage d'aluminium.

L’utilisation des alliages d’aluminium dans l’industrie aérospatiale a diminué ces dernières années, mais ils restent l’un des principaux matériaux de structure de l’industrie militaire. La tendance de développement des alliages d’aluminium est la recherche d’une haute pureté, d’une haute résistance, d’une ténacité élevée et d’une résistance aux températures élevées. Les alliages d'aluminium utilisés dans l'industrie militaire comprennent principalement les alliages aluminium-lithium, les alliages aluminium-cuivre (série 2000) et les alliages aluminium-zinc-magnésium (série 7000).

De nouveaux alliages aluminium-lithium sont utilisés dans l'industrie aéronautique, et on prévoit que le poids des avions diminuera de 8 à 15 % ; les alliages aluminium-lithium deviendront également des matériaux de structure candidats pour les véhicules aérospatiaux et les boîtiers de missiles à parois minces. Avec le développement rapide de l'industrie aérospatiale, la recherche sur les alliages aluminium-lithium se concentre toujours sur la résolution des problèmes de mauvaise ténacité dans le sens de l'épaisseur et sur la réduction des coûts.

Alliage de magnésium

En tant que matériau métallique d'ingénierie le plus léger, l'alliage de magnésium possède une série de propriétés uniques telles qu'une densité légère, une résistance spécifique et une rigidité spécifiques élevées, un bon amortissement et une bonne conductivité thermique, une forte capacité de blindage électromagnétique et de bonnes propriétés d'amortissement des vibrations, qui répondent grandement aux besoins. des besoins de l'aérospatiale, des armes et équipements modernes et d'autres domaines militaires.

Les alliages de magnésium ont de nombreuses applications dans les équipements militaires, tels que les cadres de sièges de char, les rétroviseurs de commandant, les rétroviseurs de tireur, les carters de boîte de vitesses, les sièges de filtre moteur, les tuyaux d'entrée et de sortie d'eau, les sièges de distributeur d'air, les carters de pompe à huile, les carters de pompe à eau, les échangeurs de chaleur à huile, boîtiers de filtres à huile, couvercles de soupapes, respirateurs et autres pièces de véhicules ; compartiments de support de missiles de défense aérienne tactique et revêtements d'ailerons, panneaux muraux, cadres renforcés, plaques de gouvernail, cadres de séparation et autres pièces de flèche de munitions ; avions de combat, bombardiers, hélicoptères, avions de transport, radars aéroportés, missiles sol-air, lanceurs, satellites artificiels et autres composants d'engins spatiaux. Les alliages de magnésium sont légers, ont une bonne résistance spécifique et rigidité, de bonnes performances d'amortissement des vibrations, de fortes interférences électromagnétiques et de fortes capacités de blindage, qui peuvent répondre aux exigences des produits militaires en matière de réduction de poids, d'absorption du bruit, d'absorption des chocs et de radioprotection. Il occupe une place très importante dans la construction aérospatiale et de défense nationale et constitue un matériau structurel clé requis pour les armes et équipements tels que les avions, les satellites, les missiles, les avions de combat et les chars.

Alliage de titane

L'alliage de titane a une résistance élevée à la traction (441 ~ 1470 MPa), une faible densité (4,5 g/cm³), une excellente résistance à la corrosion et une certaine résistance durable à haute température et une bonne résistance à basse température à 300 ~ 550 degrés. Résistance aux chocs, c'est un matériau structurel léger idéal. L'alliage de titane présente les caractéristiques fonctionnelles de superplasticité. Grâce à la technologie d'assemblage par formage-diffusion superplastique, l'alliage peut être transformé en produits aux formes complexes et aux dimensions précises avec très peu de consommation d'énergie et de matière.

L'application des alliages de titane dans l'industrie aéronautique consiste principalement à fabriquer des pièces structurelles de fuselage d'avion, des trains d'atterrissage, des poutres de support, des disques de compresseur de moteur, des pales et des joints ; Dans l'industrie aérospatiale, les alliages de titane sont principalement utilisés pour fabriquer des composants et des cadres porteurs. , bouteilles de gaz, récipients sous pression, carters de turbopompes, carters et buses de moteurs-fusées solides et autres pièces. Au début des années 1950, le titane pur industriel a commencé à être utilisé sur certains avions militaires pour fabriquer des pièces structurelles telles que des boucliers thermiques du fuselage arrière, des capots de queue et des aérofreins ; dans les années 1960, l'application des alliages de titane dans les structures d'avions s'est étendue pour inclure les volets à enroulement coulissant. , cloisons porteuses, poutres de train d'atterrissage et autres structures porteuses majeures ; depuis les années 1970, l’utilisation d’alliages de titane dans les avions et moteurs militaires a augmenté rapidement, passant des avions de combat aux gros bombardiers militaires et aux avions de transport. Il est utilisé sur les avions F14 et F15. L'utilisation représente 25 % du poids structurel, et l'utilisation sur les moteurs F100 et TF39 atteint respectivement 25 % et 33 % ; après les années 1980, les matériaux en alliage de titane et la technologie des procédés ont atteint un développement plus poussé, et un avion B1B nécessite 90 402 kilogrammes de titane. Parmi les alliages de titane aérospatiaux existants, le plus largement utilisé est l'alliage polyvalent Ti-6Al-4V de type a+b. Ces dernières années, l’Occident et la Russie ont successivement développé deux nouveaux types d’alliages de titane. Il s'agit d'alliages de titane à haute résistance, haute ténacité, soudabilité et bonne formabilité, et d'alliages de titane à haute température, haute résistance et ignifuges. Ces deux alliages de titane avancés joueront un rôle important dans la future industrie aérospatiale. a de bonnes perspectives d'application.

Avec le développement de la guerre moderne, l'armée a besoin d'un système d'obusier avancé multifonctionnel doté de capacités de puissance élevée, de longue portée, de haute précision et de réponses rapides. L’une des technologies clés du système d’obusier avancé est la nouvelle technologie des matériaux. L’allègement des matériaux destinés aux tourelles d’artillerie automotrices, à leurs composants et aux véhicules blindés légers en métal est une tendance inévitable dans le développement des armes. Soucieux d’assurer dynamique et protection, les alliages de titane sont largement utilisés dans les armes militaires. L'utilisation d'un alliage de titane pour le frein de bouche d'artillerie 155 peut non seulement réduire le poids, mais également réduire la déformation du canon d'artillerie causée par la gravité, améliorant ainsi efficacement la précision du tir ; certaines formes complexes sur les chars de combat principaux et les missiles polyvalents hélicoptères antichar. Les composants peuvent être fabriqués en alliage de titane, ce qui peut non seulement répondre aux exigences de performance du produit, mais également réduire le coût de traitement des pièces.

Pendant longtemps, l’application des alliages de titane a été fortement limitée en raison des coûts de fabrication élevés. Ces dernières années, des pays du monde entier développent activement des alliages de titane à faible coût afin de réduire les coûts tout en améliorant les performances des alliages de titane. Dans mon pays, le coût de fabrication des alliages de titane est encore relativement élevé. À mesure que la quantité d’alliages de titane augmente progressivement, la recherche de coûts de fabrication inférieurs est une tendance inévitable dans le développement des alliages de titane.

Matériaux composites

4.1 Matériaux composites à base de résine

Les matériaux composites à base de résine ont une bonne aptitude au moulage, une résistance spécifique élevée, un module spécifique élevé, une faible densité, une résistance à la fatigue, une absorption des chocs, une résistance à la corrosion chimique, de bonnes propriétés diélectriques et une faible conductivité thermique. Haute efficacité et autres caractéristiques, il est largement utilisé dans l’industrie militaire. Les matériaux composites à base de résine peuvent être divisés en deux catégories : les thermodurcissables et les thermoplastiques. Les matériaux composites à base de résine thermodurcissable sont un type de matériaux composites qui utilisent diverses résines thermodurcissables comme matrice et ajoutent diverses fibres de renforcement ; tandis que les résines thermoplastiques sont un type de composés polymères linéaires qui peuvent être dissous dans des solvants ou dans des solvants. Ils se ramollissent et fondent en un liquide visqueux lorsqu'ils sont chauffés et durcissent en un solide lorsqu'ils sont refroidis. Les matériaux composites à base de résine possèdent d'excellentes propriétés complètes, le processus de préparation est facile à mettre en œuvre et les matières premières sont abondantes. Dans l'industrie aéronautique, les matériaux composites à base de résine sont utilisés pour fabriquer des ailes, des fuselages, des canards, des empennages horizontaux et des conduits extérieurs de moteurs ; dans le domaine aérospatial, les matériaux composites à base de résine sont non seulement des matériaux importants pour les gouvernails, les radars et les prises d'air, mais ils peuvent également être utilisés pour fabriquer la coque isolante de la chambre de combustion du moteur-fusée à poudre, et peuvent également être utilisés comme matériau résistant à la chaleur d'ablation pour la buse du moteur. Les nouveaux matériaux composites à base de résine cyanate développés ces dernières années présentent les avantages d'une forte résistance à l'humidité, de bonnes propriétés diélectriques aux micro-ondes et d'une bonne stabilité dimensionnelle. Ils sont largement utilisés dans la production de pièces structurelles aérospatiales, de pièces structurelles porteuses primaires et secondaires d'avions et de radômes radar.

4.2 Composites à matrice métallique

Les matériaux composites à matrice métallique ont une résistance spécifique élevée, un module spécifique élevé, de bonnes performances à haute température, un faible coefficient de dilatation thermique, une bonne stabilité dimensionnelle et une excellente conductivité électrique et thermique et ont été largement utilisés dans l'industrie militaire. L'aluminium, le magnésium et le titane sont les principales matrices des composites à matrice métallique. Les matériaux de renforcement peuvent généralement être divisés en trois catégories : les fibres, les particules et les moustaches. Parmi eux, les composites à matrice d'aluminium renforcés de particules sont entrés dans la vérification de modèles, comme ceux utilisés dans les avions de combat F-16. L'aileron ventral remplace l'alliage d'aluminium, et sa rigidité et sa durée de vie sont grandement améliorées. L'aluminium renforcé de fibres de carbone et les matériaux composites à base de magnésium ont non seulement une résistance spécifique élevée, mais ont également un coefficient de dilatation thermique proche de zéro et une bonne stabilité dimensionnelle. Ils ont été utilisés avec succès pour fabriquer des supports de satellites artificiels, des antennes planaires en bande L, des télescopes spatiaux et des satellites artificiels. Antennes paraboliques, etc. ; Les matériaux composites à matrice d'aluminium renforcés par des particules de carbure de silicium ont de bonnes performances à haute température et des caractéristiques anti-usure, et peuvent être utilisés pour fabriquer des composants de fusée et de missile, des composants de systèmes de guidage infrarouge et laser, des dispositifs avioniques de précision, etc. ; Matrice en titane renforcée de fibres de carbure de silicium Les matériaux composites ont une bonne résistance aux températures élevées et à l'oxydation et sont des matériaux structurels idéaux pour les moteurs avec un rapport poussée/poids élevé. Ils sont désormais entrés dans la phase de test des moteurs avancés. Dans le domaine de l'industrie de l'armement, les matériaux composites à matrice métallique peuvent être utilisés dans des sabots perforants de gros calibre stabilisés par la queue, des carters de moteur solides de missiles polyvalents anti-hélicoptère/antichar et d'autres composants pour réduire le poids de l'ogive. et améliorer les capacités de combat.

4.3 Composites à matrice céramique

Les matériaux composites à matrice céramique sont un terme général désignant les matériaux qui utilisent des fibres, des moustaches ou des particules comme renforts et sont combinés à une matrice céramique par un certain processus composite. On constate que les matériaux composites à matrice céramique introduisent une seconde phase dans la matrice céramique. Les matériaux multiphasés composés de composants surmontent la fragilité inhérente aux matériaux céramiques et sont devenus l’aspect le plus actif de la recherche actuelle en science des matériaux. Les matériaux composites à matrice céramique présentent les caractéristiques d'une faible densité, d'une résistance spécifique élevée, de bonnes propriétés thermomécaniques et d'une résistance aux chocs thermiques. Ils constituent l’un des principaux matériaux de support pour le développement futur de l’industrie militaire. Bien que les matériaux céramiques aient de bonnes propriétés à haute température, ils sont également fragiles. Les méthodes permettant d'améliorer la fragilité des matériaux céramiques comprennent la trempe par changement de phase, la trempe par microfissures, la trempe par métal dispersé et la trempe continue des fibres. Les matériaux composites à matrice céramique sont principalement utilisés pour fabriquer des soupapes de tuyère de moteurs à turbine à gaz d'avion, qui jouent un rôle important dans l'amélioration du rapport poussée/poids du moteur et dans la réduction de la consommation de carburant.

4.4 Composites carbone-carbone

Les matériaux composites carbone-carbone sont des matériaux composites composés d'un renfort en fibre de carbone et d'une matrice de carbone. Les matériaux composites carbone-carbone présentent une série d'avantages tels qu'une résistance spécifique élevée, une bonne résistance aux chocs thermiques, une forte résistance à l'ablation et des performances concevables. Le développement de matériaux composites carbone-carbone est étroitement lié aux exigences exigeantes de la technologie aérospatiale. Depuis les années 1980, la recherche sur les matériaux composites carbone-carbone est entrée dans une phase d’amélioration des performances et d’expansion des applications. Dans l'industrie militaire, les applications les plus frappantes des matériaux composites carbone-carbone sont les capuchons anti-oxydation des cônes avant carbone-carbone et les bords d'attaque des ailes des navettes spatiales. Le plus gros produit carbone-carbone sont les plaquettes de frein des avions supersoniques. Les matériaux composites carbone-carbone sont principalement utilisés comme matériaux ablatifs et matériaux de structure thermique dans l'aérospatiale. Plus précisément, ils sont utilisés comme capuchons de nez pour les ogives de missiles intercontinentaux, les tuyères de fusées solides et les bords d’attaque des ailes de la navette spatiale. La densité actuelle des matériaux avancés de buse carbone-carbone est de 1,87 à 1,97 g/cm3 et la résistance à la traction du cerceau est de 75 à 115 MPa. Les embouts des missiles intercontinentaux à longue portée récemment développés utilisent presque tous des matériaux composites carbone-carbone.

Avec le développement de la technologie aéronautique moderne, la masse de chargement des avions continue d'augmenter et la vitesse d'atterrissage en vol continue d'augmenter, ce qui impose des exigences plus élevées en matière de freinage d'urgence des avions. Les matériaux composites carbone-carbone sont légers, résistants aux températures élevées, absorbent de grandes quantités d'énergie et possèdent de bonnes propriétés de friction. Ils sont largement utilisés dans les avions militaires à grande vitesse pour fabriquer des plaquettes de frein.

acier à ultra haute résistance

L'acier à ultra haute résistance est un acier dont la limite d'élasticité et la résistance à la traction dépassent respectivement 1 200 MPa et 1 400 MPa. Il est recherché et développé pour répondre aux exigences des matériaux à haute résistance spécifique pour les structures d'avions. En raison de l'utilisation croissante des alliages de titane et des matériaux composites dans les avions, la quantité d'acier utilisée dans les avions a diminué, mais les principaux composants porteurs des avions sont toujours fabriqués en acier à ultra haute résistance. À l'heure actuelle, l'acier à très haute résistance faiblement allié 300M, représentatif au niveau international, est un acier typique pour les trains d'atterrissage d'avions. De plus, l’acier à très haute résistance faiblement allié D6AC est un matériau typique du boîtier du moteur-fusée à solide. La tendance de développement de l’acier à ultra-haute résistance consiste à améliorer continuellement la ténacité et la résistance à la corrosion sous contrainte tout en garantissant une ultra-haute résistance.

Alliages avancés à haute température

Les alliages haute température sont des matériaux clés pour les systèmes électriques aérospatiaux. Les alliages à haute température sont des alliages qui peuvent résister à certaines contraintes à des températures élevées de 600 à 1 200 degrés et possèdent des capacités anti-oxydation et anti-corrosion. Ce sont les matériaux privilégiés pour les disques de turbine des moteurs aérospatiaux. Selon les différents composants de la matrice, les alliages haute température sont répartis en trois catégories : à base de fer, à base de nickel et à base de cobalt. Jusque dans les années 1960, les disques des turbines des moteurs étaient fabriqués à partir d’alliages forgés à haute température. Les qualités typiques incluent l'A286 et l'Inconel 718. Dans les années 1970, la société américaine GE a utilisé l'alliage Rene95 en poudre à solidification rapide pour fabriquer le disque de turbine du moteur CFM56, ce qui a considérablement augmenté son rapport poussée/poids. , la température de fonctionnement est considérablement augmentée. Depuis lors, les disques de turbine de métallurgie des poudres se sont développés rapidement. Récemment, les États-Unis ont adopté un procédé de solidification rapide par dépôt par pulvérisation pour fabriquer des disques de turbine en alliage à haute température. Comparé aux alliages en poudre à haute température, le processus est simple, le coût est réduit et il offre de bonnes performances de traitement de forgeage. Il s’agit d’une technologie de préparation à fort potentiel de développement.

Alliage de tungstène

Le tungstène a le point de fusion le plus élevé parmi les métaux. Son avantage exceptionnel est que son point de fusion élevé confère au matériau une bonne résistance aux températures élevées et à la corrosion. Il a montré d’excellentes caractéristiques dans l’industrie militaire, notamment dans la fabrication d’armes. Dans l’industrie de l’armement, il est principalement utilisé pour fabriquer les ogives de divers projectiles perforants. L'alliage de tungstène utilise une technologie de prétraitement des poudres et une technologie de renforcement des grandes déformations pour affiner les grains du matériau et allonger l'orientation des grains, améliorant ainsi la résistance, la ténacité et le pouvoir de pénétration du matériau. Le matériau du noyau de tungstène du projectile perforant de type 125 II développé par notre pays est le W-Ni-Fe, qui adopte un processus de frittage compact à densité variable. Ses performances moyennes atteignent une résistance à la traction de 1 200 MPa, un allongement de plus de 15 % et un indice technique de combat de 2,000 mètres. La distance pénètre dans une armure en acier homogène de 600 mm d'épaisseur. À l'heure actuelle, l'alliage de tungstène est largement utilisé comme matériau de base pour les projectiles perforants à grand rapport d'aspect des chars de combat principaux, les projectiles perforants anti-aériens de petit et moyen calibre et les projectiles perforants à énergie cinétique à ultra-haute vitesse, qui permet à divers projectiles perforants d'avoir un pouvoir de pénétration plus puissant.

composés intermétalliques

Les composés intermétalliques ont des structures de super-réseau ordonnées à longue portée et maintiennent des liaisons métalliques solides, leur conférant de nombreuses propriétés physiques, chimiques et mécaniques particulières. Les composés intermétalliques ont une excellente résistance thermique et sont devenus de nouveaux matériaux structurels à haute température importants activement étudiés au pays et à l'étranger ces dernières années. Dans l'industrie militaire, des composés intermétalliques ont été utilisés pour fabriquer des pièces résistant aux charges thermiques. Par exemple, la société américaine Puau fabrique des aubes de moteurs de turbine à gaz JT90, l'US Air Force utilise du titane-aluminium pour fabriquer des aubes de rotor de moteurs de petits avions, etc., et la Russie utilise du titane. Des composés intermétalliques d'aluminium remplacent les alliages résistants à la chaleur comme couronnes de piston. , améliorant considérablement les performances du moteur. Dans le domaine de l'industrie de l'armement, le matériau de la turbine de suralimentation du moteur du réservoir est un alliage haute température à base de nickel K18, ce qui affecte les performances d'accélération du réservoir en raison de sa densité élevée et de son inertie de démarrage. Les composés intermétalliques titane-aluminium et leurs composants sont constitués de fibres d'alumine et de carbure de silicium. Le nouveau matériau composite amélioré, léger et résistant à la chaleur, peut considérablement améliorer les performances de démarrage du char et améliorer sa capacité de survie sur le champ de bataille. En outre, les composés intermétalliques peuvent également être utilisés dans divers composants résistants à la chaleur pour réduire le poids et améliorer les indicateurs de fiabilité et de performance au combat.

céramique structurelle

Les matériaux céramiques sont aujourd’hui les matériaux de haute technologie qui connaissent la croissance la plus rapide au monde. Ils sont passés des céramiques monophasées aux céramiques composites multiphasées. Les matériaux céramiques structurels ont de bonnes perspectives d'application dans l'industrie militaire en raison de leurs nombreuses excellentes propriétés telles que la résistance aux températures élevées, la faible densité, la résistance à l'usure et le faible coefficient de dilatation thermique.

Ces dernières années, des travaux de recherche approfondis ont été menés en Allemagne et à l'étranger sur les céramiques structurelles destinées aux moteurs militaires. Par exemple, de petites turbines pour compresseurs de moteurs ont été mises en pratique ; Les États-Unis ont intégré des plaques de céramique sur le dessus du piston, ce qui a considérablement augmenté la durée de vie du piston et amélioré l'efficacité thermique du moteur. L'Allemagne insère des composants en céramique dans l'orifice d'échappement pour améliorer l'efficacité de l'orifice d'échappement. Le revêtement de piston et le revêtement de cylindre du réfrigérateur Stirling miniature des caméras thermiques infrarouges étrangères sont fabriqués à partir de matériaux céramiques, avec une durée de vie allant jusqu'à 2,000 heures ; la puissance du gyroscope du missile est fournie par le gaz de poudre à canon, mais les résidus de poudre à canon présents dans le gaz ont un impact négatif sur le gyroscope. De graves dommages. Afin d'éliminer les résidus dans le gaz et d'améliorer la précision de frappe du missile, il est nécessaire d'étudier des matériaux filtrants en céramique adaptés au gaz de poudre de missile fonctionnant à 2000 degrés. Dans le domaine de l'industrie de l'armement, les céramiques structurelles sont largement utilisées dans les turbines de suralimentation des moteurs des chars de combat principaux, les dessus de piston, les incrustations d'orifices d'échappement, etc., et constituent des matériaux clés pour les nouvelles armes et équipements. À l'heure actuelle, les besoins en radiofréquence des mitrailleuses de calibre 20-30 mm atteignent plus de 1 200 coups par minute, ce qui rend l'ablation du canon extrêmement sérieuse. Le point de fusion élevé et la stabilité chimique à haute température de la céramique sont utilisés pour supprimer efficacement les ablations sévères en barillet. Les matériaux céramiques ont une résistance élevée à la compression et au fluage. Grâce à une conception raisonnable, les matériaux céramiques peuvent maintenir un état de compression tridimensionnel et surmonter leur fragilité. , pour garantir une utilisation sûre des revêtements en céramique.