一 前言
新材料，又稱(chēng)先進(jìn)材料（Advanced Materials），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(mǎn)足高技術(shù)需求的新型材料。人類(lèi)歷史的發(fā)展表明，材料是社會(huì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)，而新材料則是社會(huì)進(jìn)步的里程碑。
材料技術(shù)一直是世界各國(guó)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(huì)及今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)總攬人類(lèi)全局的高技術(shù)。材料高技術(shù)還是支撐當(dāng)今人類(lèi)文明的現(xiàn)代工業(yè)關(guān)鍵技術(shù)，也是一個(gè)國(guó)家國(guó)防力量*重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。國(guó)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(kāi)發(fā)對(duì)國(guó)防工業(yè)和武器裝備的發(fā)展起著決定性的作用。
二 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(guó)對(duì)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*的重要前提。
三 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(lèi)，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
1.1 鋁合金
鋁合金一直是軍事工業(yè)中應(yīng)用*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*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(zhǎng)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(chē)和裝甲運(yùn)輸車(chē)上，*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(lái)，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(shì)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(cè)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(wèn)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(dòng)機(jī)壓氣機(jī)盤(pán)、葉片和接頭等；在航天工業(yè)中，鈦合金主要用來(lái)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(dòng)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(kāi)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(lái)，鈦合金在軍用飛機(jī)和發(fā)動(dòng)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(dòng)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*廣泛的是多用途的a+b型Ti-6Al-4V合金。近年來(lái)，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(lái)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(zhēng)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(chē)用材料的輕量化是武器發(fā)展的必然趨勢(shì)。在保證動(dòng)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(mǎn)足產(chǎn)品的性能要求又可減少部件的加工費(fèi)用。
在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)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(lái)，世界各國(guó)正在積極開(kāi)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(guó)，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(shì)。
1.3 復(fù)合材料
先進(jìn)復(fù)合材料是比通用復(fù)合材料有更高綜合性能的新型材料，它包括樹(shù)脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料和碳基復(fù)合材料等，它在軍事工業(yè)的發(fā)展中起著舉足輕重的作用。先進(jìn)復(fù)合材料具有高的比強(qiáng)度、高的比模量、耐燒蝕、抗侵蝕、抗核、抗粒子云、透波、吸波、隱身、抗高速撞擊等一系列優(yōu)點(diǎn)，是國(guó)防工業(yè)發(fā)展中*重要的一類(lèi)工程材料。
1.4.1 樹(shù)脂基復(fù)合材料
樹(shù)脂基復(fù)合材料具有良好的成形工藝性、高的比強(qiáng)度、高的比模量、低的密度、抗疲勞性、減震性、耐化學(xué)腐蝕性、良好的介電性能、較低的熱導(dǎo)率等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于軍事工業(yè)中。樹(shù)脂基復(fù)合材料可分為熱固性和熱塑性?xún)深?lèi)。熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料是以各種熱固性樹(shù)脂為基體，加入各種增強(qiáng)纖維復(fù)合而成的一類(lèi)復(fù)合材料；而熱塑性樹(shù)脂則是一類(lèi)線性高分子化合物，它可以溶解在溶劑中，也可以在加熱時(shí)軟化和熔融變成粘性液體，冷卻后硬化成為固體。樹(shù)脂基復(fù)合材料具有優(yōu)異的綜合性能，制備工藝容易實(shí)現(xiàn)，原料豐富。在航空工業(yè)中，樹(shù)脂基復(fù)合材料用于制造飛機(jī)機(jī)翼、機(jī)身、鴨翼、平尾和發(fā)動(dòng)機(jī)外涵道；在航天領(lǐng)域，樹(shù)脂基復(fù)合材料不僅是方向舵、雷達(dá)、進(jìn)氣道的重要材料，而且可以制造固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的絕熱殼體，也可用作發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的燒蝕防熱材料。近年來(lái)研制的新型氰酸樹(shù)脂復(fù)合材料具有耐濕性強(qiáng)，微波介電性能佳，尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于制作宇航結(jié)構(gòu)件、飛機(jī)的主次承力結(jié)構(gòu)件和雷達(dá)天線罩。
1.4.3 金屬基復(fù)合材料
金屬基復(fù)合材料具有高的比強(qiáng)度、高的比模量、良好的高溫性能、低的熱膨脹系數(shù)、良好的尺寸穩(wěn)定性、優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性在軍事工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。鋁、鎂、鈦是金屬基復(fù)合材料的主要基體，而增強(qiáng)材料一般可分為纖維、顆粒和晶須三類(lèi)，其中顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料已進(jìn)入型號(hào)驗(yàn)證，如用于F－16戰(zhàn)斗機(jī)作為腹鰭代替鋁合金，其剛度和壽命大幅度提高。碳纖維增強(qiáng)鋁、鎂基復(fù)合材料在具有高比強(qiáng)度的同時(shí)，還有接近于零的熱膨脹系數(shù)和良好的尺寸穩(wěn)定性，成功地用于制作人造衛(wèi)星支架、L頻帶平面天線、空間望遠(yuǎn)鏡、人造衛(wèi)星拋物面天線等；碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有良好的高溫性能和抗磨損的特點(diǎn)，可用于制作火箭、導(dǎo)彈構(gòu)件，紅外及激光制導(dǎo)系統(tǒng)構(gòu)件，精密航空電子器件等；碳化硅纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料具有良好的耐高溫和抗氧化性能，是高推重比發(fā)動(dòng)機(jī)的理想結(jié)構(gòu)材料，目前已進(jìn)入先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的試車(chē)階段。在兵器工業(yè)領(lǐng)域，金屬基復(fù)合材料可用于大口徑尾翼穩(wěn)定脫殼穿甲彈彈托，反直升機(jī) / 反坦克多用途導(dǎo)彈固體發(fā)動(dòng)機(jī)殼體等零部件，以此來(lái)減輕戰(zhàn)斗部重量，提高作戰(zhàn)能力。
1.4.5 陶瓷基復(fù)1.4.6 合材料
陶瓷基復(fù)合材料是以纖維、晶須或顆粒為增強(qiáng)體，與陶瓷基體通過(guò)一定的復(fù)合工藝結(jié)合在一起組成的材料的總稱(chēng)，由此可見(jiàn)，陶瓷基復(fù)合材料是在陶瓷基體中引入第二相組元構(gòu)成的多相材料，它克服了陶瓷材料固有的脆性，已成為當(dāng)前材料科學(xué)研究中*為活躍的一個(gè)方面。陶瓷基復(fù)合材料具有密度低、比強(qiáng)度高、熱機(jī)械性能和抗熱震沖擊性能好的特點(diǎn)，是未來(lái)軍事工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵支撐材料之一。陶瓷材料的高溫性能雖好，但其脆性大。改善陶瓷材料脆性的方法包括相變?cè)鲰g、微裂紋增韌、彌散金屬增韌和連續(xù)纖維增韌等。陶瓷基復(fù)合材料主要用于制作飛機(jī)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴閥，它在提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比和降低燃料消耗方面具有重要的作用。
1.4.7 碳－碳復(fù)材料
碳－碳復(fù)合材料是由碳纖維增強(qiáng)劑與碳基體組成的復(fù)合材料。碳－碳復(fù)合材料具有比強(qiáng)度高、抗熱震性好、耐燒蝕性強(qiáng)、性能可設(shè)計(jì)等一系列優(yōu)點(diǎn)。碳－碳復(fù)合材料的發(fā)展是和航空航天技術(shù)所提出的苛刻要求緊密相關(guān)。80年代以來(lái)，碳－碳復(fù)合材料的研究進(jìn)入了提高性能和擴(kuò)大應(yīng)用的階段。在軍事工業(yè)中，碳－碳復(fù)合材料*引人注目的應(yīng)用是航天飛機(jī)的抗氧化碳－碳鼻錐帽和機(jī)翼前緣，用量*大的碳－碳產(chǎn)品是超音速飛機(jī)的剎車(chē)片。碳－碳復(fù)合材料在宇航方面主要用作燒蝕材料和熱結(jié)構(gòu)材料，具體而言，它是用作洲際導(dǎo)彈彈頭的鼻錐帽、固體火箭噴管和航天飛機(jī)的機(jī)翼前緣。目前先進(jìn)的碳－碳噴管材料密度為1.87~1.97克/厘米3，環(huán)向拉伸強(qiáng)度為75~115兆帕。近期研制的遠(yuǎn)程洲際導(dǎo)彈端頭帽幾乎都采用了碳－碳復(fù)合材料。
隨著現(xiàn)代航空技術(shù)的發(fā)展，飛機(jī)裝載質(zhì)量不斷增加，飛行著陸速度不斷提高，對(duì)飛機(jī)的緊急制動(dòng)提出了更高的要求。碳－碳復(fù)合材料質(zhì)量輕、耐高溫、吸收能量大、摩擦性能好，用它制作剎車(chē)片廣泛用于高速軍用飛機(jī)中。
1.5 超高強(qiáng)度鋼和先進(jìn)高溫合金
超高強(qiáng)度鋼是屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別超過(guò)1200兆帕和1400兆帕的鋼，它是為了滿(mǎn)足飛機(jī)結(jié)構(gòu)上要求高比強(qiáng)度的材料而研究和開(kāi)發(fā)的。超高強(qiáng)度鋼大量用于制造火箭
