16 วัสดุทางการทหารใหม่

วัสดุทางทหารใหม่เป็นวัสดุพื้นฐานสำหรับอาวุธและอุปกรณ์รุ่นใหม่ และยังเป็นเทคโนโลยีที่สำคัญในด้านการทหารในโลกปัจจุบัน เทคโนโลยีวัสดุใหม่ทางการทหารเป็นเทคโนโลยีวัสดุใหม่ที่ใช้ในด้านการทหาร เป็นกุญแจสำคัญของอาวุธและอุปกรณ์ที่ทันสมัยและเป็นส่วนสำคัญของเทคโนโลยีชั้นสูงทางการทหาร ประเทศต่างๆ ทั่วโลกให้ความสำคัญอย่างยิ่งต่อการพัฒนาเทคโนโลยีวัสดุทางการทหารใหม่ การเร่งการพัฒนาเทคโนโลยีวัสดุทางการทหารใหม่ถือเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นที่สำคัญในการรักษาความเป็นผู้นำทางทหาร

สถานะการสมัครวัสดุทางการทหารใหม่

วัสดุทางการทหารใหม่สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท คือ วัสดุโครงสร้างและวัสดุใช้งานตามการใช้งาน ส่วนใหญ่จะใช้ในอุตสาหกรรมการบิน อุตสาหกรรมการบินและอวกาศ อุตสาหกรรมอาวุธ และอุตสาหกรรมการต่อเรือ

อลูมิเนียมอัลลอยด์

อลูมิเนียมอัลลอยด์เป็นวัสดุโครงสร้างโลหะที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดในอุตสาหกรรมการทหารมาโดยตลอด อลูมิเนียมอัลลอยด์มีลักษณะความหนาแน่นต่ำ มีความแข็งแรงสูง และประสิทธิภาพการประมวลผลที่ดี เนื่องจากเป็นวัสดุโครงสร้าง เนื่องจากประสิทธิภาพในการประมวลผลที่ยอดเยี่ยม จึงสามารถทำเป็นโปรไฟล์ ท่อ แผ่นเสริมแรงสูง ฯลฯ ของหน้าตัดต่างๆ เพื่อใช้ประโยชน์จากศักยภาพของวัสดุได้อย่างเต็มที่และปรับปรุงส่วนประกอบ ความแข็งแกร่งและความแข็งแกร่ง ดังนั้นอลูมิเนียมอัลลอยด์จึงเป็นวัสดุโครงสร้างน้ำหนักเบาที่ต้องการสำหรับอาวุธน้ำหนักเบา

ในอุตสาหกรรมการบิน อลูมิเนียมอัลลอยด์ส่วนใหญ่จะใช้ในการผลิตผิวหนังเครื่องบิน ฉากกั้น คานยาว และแถบตกแต่ง ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ อลูมิเนียมอัลลอยด์เป็นวัสดุที่สำคัญสำหรับชิ้นส่วนโครงสร้างของยานอวกาศและยานอวกาศ ในด้านอาวุธมีการใช้โลหะผสมอลูมิเนียมอย่างประสบความสำเร็จ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในยานรบทหารราบและรถขนส่งหุ้มเกราะ แท่นยึดปืนครกที่พัฒนาขึ้นเมื่อเร็ว ๆ นี้ยังใช้วัสดุโลหะผสมอลูมิเนียมใหม่จำนวนมาก

การใช้อลูมิเนียมอัลลอยด์ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศลดลงในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แต่ยังคงเป็นหนึ่งในวัสดุโครงสร้างหลักในอุตสาหกรรมการทหาร แนวโน้มการพัฒนาของโลหะผสมอลูมิเนียมคือการแสวงหาความบริสุทธิ์สูง ความแข็งแรงสูง ความเหนียวสูง และทนต่ออุณหภูมิสูง โลหะผสมอลูมิเนียมที่ใช้ในอุตสาหกรรมการทหารส่วนใหญ่ประกอบด้วยโลหะผสมอลูมิเนียม-ลิเธียม โลหะผสมอลูมิเนียม-ทองแดง (ซีรีส์ 2000) และโลหะผสมอลูมิเนียม-สังกะสี-แมกนีเซียม (ซีรีส์ 7000)

อลูมิเนียม-ลิเธียมอัลลอยด์ชนิดใหม่ถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมการบิน และคาดการณ์ว่าน้ำหนักของเครื่องบินจะลดลง 8 ถึง 15% โลหะผสมอลูมิเนียม-ลิเธียมจะกลายเป็นวัสดุโครงสร้างที่เหมาะสำหรับยานยนต์อวกาศและปลอกขีปนาวุธแบบบาง ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ การวิจัยที่มุ่งเน้นของโลหะผสมอลูมิเนียมลิเธียมยังคงแก้ไขปัญหาความเหนียวต่ำในทิศทางความหนาและการลดต้นทุน

โลหะผสมแมกนีเซียม

เนื่องจากเป็นวัสดุโลหะวิศวกรรมที่เบาที่สุด แมกนีเซียมอัลลอยด์จึงมีคุณสมบัติพิเศษหลายอย่าง เช่น ความถ่วงจำเพาะของแสง ความแข็งแรงจำเพาะและความแข็งจำเพาะสูง การหน่วงและการนำความร้อนที่ดี ความสามารถในการป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้าที่แข็งแกร่ง และคุณสมบัติการหน่วงการสั่นสะเทือนที่ดี ซึ่งตรงตามความต้องการอย่างมาก ความต้องการด้านการบินและอวกาศ อาวุธยุทโธปกรณ์สมัยใหม่ และด้านการทหารอื่นๆ

โลหะผสมแมกนีเซียมมีการใช้งานหลายอย่างในอุปกรณ์ทางการทหาร เช่น โครงเบาะนั่งถัง กระจกผู้บังคับการ กระจกพลปืน กล่องเกียร์ ที่นั่งกรองเครื่องยนต์ ท่อน้ำเข้าและออก ที่นั่งจำหน่ายอากาศ เรือนปั๊มน้ำมัน เรือนปั๊มน้ำ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนน้ำมัน เรือนกรองน้ำมัน ฝาครอบวาล์ว เครื่องช่วยหายใจ และชิ้นส่วนอื่นๆ ของยานพาหนะ ช่องรองรับขีปนาวุธป้องกันภัยทางอากาศทางยุทธวิธีและสกินปีกนก แผ่นผนัง กรอบเสริม แผ่นหางเสือ กรอบฉากกั้น และชิ้นส่วนลูกศรกระสุนอื่น ๆ เครื่องบินรบ เครื่องบินทิ้งระเบิด เฮลิคอปเตอร์ เครื่องบินขนส่ง เรดาร์ทางอากาศ ขีปนาวุธจากพื้นสู่อากาศ ยานปล่อยจรวด ดาวเทียมเทียม และส่วนประกอบยานอวกาศอื่นๆ โลหะผสมแมกนีเซียมมีน้ำหนักเบา มีความแข็งแรงและความแข็งจำเพาะที่ดี ประสิทธิภาพในการลดแรงสั่นสะเทือนที่ดี การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่แข็งแกร่ง และความสามารถในการป้องกันที่แข็งแกร่ง ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการของผลิตภัณฑ์ทางทหารสำหรับการลดน้ำหนัก การดูดซับเสียง การดูดซับแรงกระแทก และการป้องกันรังสี ครองตำแหน่งที่สำคัญมากในด้านการบินและอวกาศและการก่อสร้างการป้องกันประเทศ และเป็นวัสดุโครงสร้างสำคัญที่จำเป็นสำหรับอาวุธและอุปกรณ์ เช่น เครื่องบิน ดาวเทียม ขีปนาวุธ เครื่องบินรบและรถถัง

โลหะผสมไทเทเนียม

โลหะผสมไททาเนียมมีความต้านทานแรงดึงสูง (441~1470MPa) ความหนาแน่นต่ำ (4.5g/cm³) ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม และมีความแข็งแรงทนทานต่ออุณหภูมิสูงและทนต่ออุณหภูมิต่ำได้ดีที่ 300~550 องศา ความเหนียวในการรับแรงกระแทก เป็นวัสดุโครงสร้างน้ำหนักเบาในอุดมคติ โลหะผสมไทเทเนียมมีลักษณะการทำงานของความเป็นพลาสติกยิ่งยวด ด้วยการใช้เทคโนโลยีการเชื่อมแบบกระจายการขึ้นรูปและการแพร่กระจายของซุปเปอร์พลาสติก โลหะผสมจึงสามารถผลิตเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่างที่ซับซ้อนและขนาดที่แม่นยำ โดยใช้พลังงานและวัสดุเพียงเล็กน้อย

การใช้โลหะผสมไททาเนียมในอุตสาหกรรมการบินส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างลำตัวเครื่องบิน อุปกรณ์ลงจอด คานรองรับ ดิสก์คอมเพรสเซอร์ของเครื่องยนต์ ใบพัดและข้อต่อ ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ โลหะผสมไททาเนียมส่วนใหญ่จะใช้เพื่อสร้างส่วนประกอบและเฟรมที่รับน้ำหนัก ,ขวดแก๊ส,ภาชนะรับความดัน,ปลอกปั๊มเทอร์โบ,ปลอกและหัวฉีดมอเตอร์จรวดแข็งและชิ้นส่วนอื่นๆ ในช่วงต้นทศวรรษ 1950 ไทเทเนียมบริสุทธิ์ทางอุตสาหกรรมเริ่มถูกนำมาใช้กับเครื่องบินทหารบางลำเพื่อผลิตชิ้นส่วนโครงสร้าง เช่น แผงป้องกันความร้อนลำตัวด้านหลัง ฝาครอบท้าย และเบรกความเร็ว ในทศวรรษที่ 1960 การใช้โลหะผสมไททาเนียมในโครงสร้างเครื่องบินได้ขยายออกไปจนครอบคลุมถึงแผ่นพับแบบเลื่อน ผนังกั้นรับน้ำหนัก คานล้อลงจอด และโครงสร้างรับแรงเค้นที่สำคัญอื่นๆ นับตั้งแต่ทศวรรษ 1970 การใช้โลหะผสมไทเทเนียมในเครื่องบินทหารและเครื่องยนต์ได้เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว โดยขยายจากเครื่องบินรบไปจนถึงเครื่องบินทิ้งระเบิดทางทหารและเครื่องบินขนส่งขนาดใหญ่ ใช้กับเครื่องบิน F14 และ F15 การใช้งานคิดเป็น 25% ของน้ำหนักโครงสร้าง และการใช้งานของเครื่องยนต์ F100 และ TF39 ถึง 25% และ 33% ตามลำดับ หลังจากทศวรรษ 1980 วัสดุโลหะผสมไทเทเนียมและเทคโนโลยีกระบวนการได้พัฒนาเพิ่มเติม และเครื่องบิน B1B ต้องการไทเทเนียม 90,402 กิโลกรัม ในบรรดาโลหะผสมไทเทเนียมสำหรับการบินและอวกาศที่มีอยู่ โลหะผสมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือโลหะผสม Ti-6Al{21}}V ชนิด a+b อเนกประสงค์ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ตะวันตกและรัสเซียได้พัฒนาโลหะผสมไทเทเนียมใหม่สองประเภทอย่างต่อเนื่อง เป็นโลหะผสมไทเทเนียมที่มีความแข็งแรงสูง มีความเหนียวสูง เชื่อมได้ และขึ้นรูปได้ดี และโลหะผสมไทเทเนียมที่มีอุณหภูมิสูง ความแข็งแรงสูง และหน่วงการติดไฟ โลหะผสมไทเทเนียมขั้นสูงทั้งสองนี้จะมีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศในอนาคต มีแนวโน้มการใช้งานที่ดี

ด้วยการพัฒนาของการสงครามสมัยใหม่ กองทัพต้องการระบบปืนครกขั้นสูงแบบอเนกประสงค์ที่มีกำลังสูง ระยะไกล มีความแม่นยำสูง และความสามารถในการตอบสนองที่รวดเร็ว หนึ่งในเทคโนโลยีสำคัญของระบบปืนครกขั้นสูงคือเทคโนโลยีวัสดุใหม่ การลดน้ำหนักของวัสดุสำหรับป้อมปืนอัตตาจร ส่วนประกอบ และรถหุ้มเกราะโลหะเบาเป็นแนวโน้มที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในการพัฒนาอาวุธ โลหะผสมไททาเนียมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอาวุธของกองทัพ โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อให้มั่นใจถึงพลวัตและการป้องกัน การใช้โลหะผสมไททาเนียมสำหรับเบรกปากกระบอกปืน 155 ไม่เพียงแต่ช่วยลดน้ำหนัก แต่ยังลดการเสียรูปของกระบอกปืนใหญ่ที่เกิดจากแรงโน้มถ่วง ปรับปรุงความแม่นยำในการยิงได้อย่างมีประสิทธิภาพ รูปร่างที่ซับซ้อนบางอย่างของรถถังหลักและขีปนาวุธอเนกประสงค์ต่อต้านเฮลิคอปเตอร์ ส่วนประกอบสามารถทำจากโลหะผสมไทเทเนียม ซึ่งไม่เพียงแต่สามารถตอบสนองความต้องการด้านประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ แต่ยังช่วยลดต้นทุนการประมวลผลของชิ้นส่วนอีกด้วย

ในอดีตที่ผ่านมา การใช้โลหะผสมไทเทเนียมมีข้อจำกัดอย่างมากเนื่องจากมีต้นทุนการผลิตสูง ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ประเทศต่างๆ ทั่วโลกกำลังพัฒนาโลหะผสมไทเทเนียมต้นทุนต่ำเพื่อลดต้นทุนในขณะที่ปรับปรุงประสิทธิภาพของโลหะผสมไทเทเนียม ในประเทศของฉัน ต้นทุนการผลิตโลหะผสมไทเทเนียมยังค่อนข้างสูง เนื่องจากปริมาณของโลหะผสมไทเทเนียมค่อยๆ เพิ่มขึ้น การแสวงหาต้นทุนการผลิตที่ลดลงจึงเป็นแนวโน้มที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในการพัฒนาโลหะผสมไทเทเนียม

วัสดุคอมโพสิต

4.1 วัสดุคอมโพสิตที่ใช้เรซิน

วัสดุคอมโพสิตที่ทำจากเรซินมีความสามารถในการขึ้นรูปที่ดี มีความแข็งแรงจำเพาะสูง โมดูลัสจำเพาะสูง ความหนาแน่นต่ำ ทนต่อความเมื่อยล้า การดูดซับแรงกระแทก ความต้านทานการกัดกร่อนของสารเคมี คุณสมบัติไดอิเล็กทริกที่ดี และค่าการนำความร้อนต่ำ ประสิทธิภาพสูงและลักษณะอื่น ๆ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการทหาร วัสดุคอมโพสิตที่ทำจากเรซินสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: เทอร์โมเซ็ตและเทอร์โมพลาสติก วัสดุคอมโพสิตที่ใช้เทอร์โมเซตติงเรซินเป็นวัสดุคอมโพสิตประเภทหนึ่งที่ใช้เรซินเทอร์โมเซตติงต่างๆ เป็นเมทริกซ์และเพิ่มเส้นใยเสริมแรงต่างๆ ในขณะที่เทอร์โมพลาสติกเรซินเป็นสารประกอบโพลีเมอร์เชิงเส้นประเภทหนึ่งที่สามารถละลายในตัวทำละลายหรือในนั้นทำให้นิ่มและละลายเป็นของเหลวหนืดเมื่อถูกความร้อนและแข็งตัวเป็นของแข็งเมื่อเย็นลง วัสดุคอมโพสิตที่ทำจากเรซินมีคุณสมบัติที่ครอบคลุมดีเยี่ยม ขั้นตอนการเตรียมการใช้งานง่าย และมีวัตถุดิบมากมาย ในอุตสาหกรรมการบิน วัสดุคอมโพสิตที่ทำจากเรซินถูกนำมาใช้ในการผลิตปีกเครื่องบิน ลำตัว คานาร์ด หางแนวนอน และท่อด้านนอกของเครื่องยนต์ ในด้านการบินและอวกาศ วัสดุคอมโพสิตที่ทำจากเรซินไม่เพียงแต่เป็นวัสดุที่สำคัญสำหรับหางเสือ เรดาร์ และช่องอากาศเข้าเท่านั้น แต่ยังสามารถใช้ในการผลิตเปลือกฉนวนของห้องเผาไหม้มอเตอร์จรวดแข็ง และยังสามารถนำมาใช้ได้อีกด้วย เป็นวัสดุกันความร้อนระเหยสำหรับหัวฉีดเครื่องยนต์ วัสดุคอมโพสิตเรซินไซยาเนตใหม่ที่พัฒนาขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมามีข้อดีคือ ทนทานต่อความชื้นได้ดี มีคุณสมบัติเป็นฉนวนของไมโครเวฟที่ดี และมีความคงตัวของขนาดที่ดี มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างการบินและอวกาศ ชิ้นส่วนโครงสร้างรับน้ำหนักหลักและรองของเครื่องบิน และเรดาร์เรดาร์

4.2 คอมโพสิตเมทริกซ์โลหะ

วัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์โลหะมีความแข็งแรงจำเพาะสูง โมดูลัสจำเพาะสูง ประสิทธิภาพอุณหภูมิสูงที่ดี ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ ความเสถียรของมิติที่ดี และการนำไฟฟ้าและความร้อนที่ดีเยี่ยม และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมทหาร อลูมิเนียม แมกนีเซียม และไทเทเนียมเป็นเมทริกซ์หลักของคอมโพสิตเมทริกซ์โลหะ โดยทั่วไปวัสดุเสริมแรงสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท: เส้นใย อนุภาค และหนวด ในบรรดาวัสดุเหล่านั้น คอมโพสิตอะลูมิเนียมเมทริกซ์เสริมแรงด้วยอนุภาคได้เข้าสู่การตรวจสอบแบบจำลอง เช่น ที่ใช้ในเครื่องบินขับไล่ F-16 ครีบหน้าท้องมาแทนที่อลูมิเนียมอัลลอยด์ และความแข็งและอายุการใช้งานก็ได้รับการปรับปรุงอย่างมาก วัสดุคอมโพสิตที่ทำจากอลูมิเนียมเสริมคาร์บอนไฟเบอร์และแมกนีเซียมไม่เพียงแต่มีความแข็งแรงจำเพาะสูงเท่านั้น แต่ยังมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนใกล้กับศูนย์และมีเสถียรภาพในมิติที่ดีอีกด้วย พวกมันถูกใช้อย่างประสบความสำเร็จในการสร้างขายึดดาวเทียมเทียม เสาอากาศแนวระนาบแอลแบนด์ กล้องโทรทรรศน์อวกาศ และดาวเทียมเทียม เสาอากาศแบบพาราโบลา ฯลฯ วัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์อลูมิเนียมเสริมแรงอนุภาคซิลิคอนคาร์ไบด์มีประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิสูงที่ดีและมีคุณสมบัติป้องกันการสึกหรอ และสามารถใช้เพื่อสร้างส่วนประกอบจรวดและขีปนาวุธ ส่วนประกอบระบบนำทางอินฟราเรดและเลเซอร์ อุปกรณ์การบินที่มีความแม่นยำ ฯลฯ วัสดุคอมโพสิตไทเทเนียมเมทริกซ์เสริมใยซิลิคอนคาร์ไบด์มีความทนทานต่ออุณหภูมิสูงและต้านทานการเกิดออกซิเดชันได้ดี และเป็นวัสดุโครงสร้างที่เหมาะสำหรับเครื่องยนต์ที่มีอัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนักสูง ตอนนี้พวกเขาได้เข้าสู่ขั้นตอนการทดสอบเครื่องยนต์ขั้นสูงแล้ว ในด้านอุตสาหกรรมอาวุธ วัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์โลหะสามารถนำมาใช้ในเรือดำน้ำเจาะเกราะที่มีความเสถียรลำกล้องขนาดใหญ่ โครงเครื่องยนต์แข็งขีปนาวุธอเนกประสงค์ต่อต้านเฮลิคอปเตอร์/ต่อต้านรถถัง และส่วนประกอบอื่นๆ เพื่อลดน้ำหนักของหัวรบ และปรับปรุงความสามารถในการรบ

4.3 คอมโพสิตเมทริกซ์เซรามิก

วัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์เซรามิกเป็นคำทั่วไปสำหรับวัสดุที่ใช้เส้นใย หนวด หรืออนุภาคเป็นการเสริมแรง และรวมกับเมทริกซ์เซรามิกผ่านกระบวนการผสมบางอย่าง จะเห็นได้ว่าวัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์เซรามิกทำให้เกิดเฟสที่สองในเมทริกซ์เซรามิก วัสดุหลายเฟสที่ประกอบด้วยส่วนประกอบต่างๆ เอาชนะความเปราะบางโดยธรรมชาติของวัสดุเซรามิก และกลายเป็นส่วนสำคัญในการวิจัยด้านวัสดุศาสตร์ในปัจจุบัน วัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์เซรามิกมีลักษณะความหนาแน่นต่ำ มีความแข็งแรงจำเพาะสูง คุณสมบัติทางความร้อนเชิงกลที่ดี และทนต่อแรงกระแทกจากความร้อน พวกเขาเป็นหนึ่งในวัสดุสนับสนุนที่สำคัญสำหรับการพัฒนาอุตสาหกรรมการทหารในอนาคต แม้ว่าวัสดุเซรามิกจะมีคุณสมบัติที่อุณหภูมิสูงได้ดี แต่ก็มีความเปราะเช่นกัน วิธีปรับปรุงความเปราะของวัสดุเซรามิก ได้แก่ การเสริมแกร่งด้วยการเปลี่ยนเฟส การเสริมแกร่งแบบไมโครแคร็ก การเสริมความแข็งแกร่งของโลหะที่กระจายตัว และการเสริมความแข็งแกร่งของเส้นใยอย่างต่อเนื่อง วัสดุคอมโพสิตเซรามิกเมทริกซ์ส่วนใหญ่จะใช้ในการทำวาล์วหัวฉีดเครื่องยนต์กังหันก๊าซของเครื่องบินซึ่งมีบทบาทสำคัญในการปรับปรุงอัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนักของเครื่องยนต์และลดการใช้เชื้อเพลิง

4.4 คอมโพสิตคาร์บอน-คาร์บอน

วัสดุคอมโพสิตคาร์บอนคาร์บอนเป็นวัสดุคอมโพสิตที่ประกอบด้วยการเสริมแรงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์และเมทริกซ์คาร์บอน วัสดุคอมโพสิตคาร์บอน-คาร์บอนมีข้อดีหลายประการ เช่น ความแข็งแรงจำเพาะสูง ทนต่อแรงกระแทกจากความร้อนได้ดี ต้านทานการระเหยที่แข็งแกร่ง และประสิทธิภาพที่ออกแบบได้ การพัฒนาวัสดุคอมโพสิตคาร์บอน-คาร์บอนมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับข้อกำหนดที่เรียกร้องของเทคโนโลยีการบินและอวกาศ นับตั้งแต่ทศวรรษ 1980 การวิจัยเกี่ยวกับวัสดุคอมโพสิตคาร์บอน-คาร์บอนได้เข้าสู่ขั้นตอนของการปรับปรุงประสิทธิภาพและขยายการใช้งาน ในอุตสาหกรรมการทหาร การใช้งานที่สะดุดตาที่สุดของวัสดุคอมโพสิตคาร์บอน-คาร์บอน ได้แก่ ฝาครอบจมูกคาร์บอน-คาร์บอนที่ป้องกันการเกิดออกซิเดชัน และขอบนำปีกของกระสวยอวกาศ ผลิตภัณฑ์คาร์บอน-คาร์บอนที่ใหญ่ที่สุดคือผ้าเบรกของเครื่องบินความเร็วเหนือเสียง วัสดุคอมโพสิตคาร์บอน-คาร์บอนส่วนใหญ่จะใช้เป็นวัสดุระเหยและวัสดุโครงสร้างความร้อนในการบินและอวกาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พวกมันถูกใช้เป็นฝาครอบกรวยจมูกสำหรับหัวรบขีปนาวุธข้ามทวีป หัวฉีดจรวดแข็ง และขอบนำของปีกกระสวยอวกาศ ความหนาแน่นกระแสของวัสดุหัวฉีดคาร์บอน-คาร์บอนขั้นสูงคือ 1.87~1.97 g/cm3 และความต้านทานแรงดึงของห่วงอยู่ที่ 75~115 MPa ส่วนปิดท้ายของขีปนาวุธข้ามทวีประยะไกลที่พัฒนาขึ้นเมื่อเร็วๆ นี้เกือบทั้งหมดใช้วัสดุผสมคาร์บอน-คาร์บอน

ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีการบินสมัยใหม่ น้ำหนักบรรทุกของเครื่องบินยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง และความเร็วในการลงจอดของเที่ยวบินยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ซึ่งทำให้มีข้อกำหนดที่สูงขึ้นสำหรับการเบรกฉุกเฉินของเครื่องบิน วัสดุคอมโพสิตคาร์บอน-คาร์บอนมีน้ำหนักเบา ทนทานต่ออุณหภูมิสูง ดูดซับพลังงานจำนวนมาก และมีคุณสมบัติเสียดสีที่ดี มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องบินทหารความเร็วสูงเพื่อผลิตผ้าเบรก

เหล็กมีความแข็งแรงสูงเป็นพิเศษ

เหล็กกล้าความแข็งแรงสูงพิเศษคือเหล็กกล้าที่มีกำลังให้ผลผลิตและความต้านทานแรงดึงเกิน 1200 MPa และ 1400 MPa ตามลำดับ ได้รับการวิจัยและพัฒนาเพื่อตอบสนองความต้องการของวัสดุที่มีความแข็งแรงสูงเฉพาะสำหรับโครงสร้างเครื่องบิน เนื่องจากการขยายตัวของการใช้โลหะผสมไทเทเนียมและวัสดุคอมโพสิตในเครื่องบิน ปริมาณเหล็กที่ใช้ในเครื่องบินจึงลดลง แต่ส่วนประกอบที่สำคัญในการรับน้ำหนักบนเครื่องบินยังคงทำจากเหล็กที่มีความแข็งแรงสูงเป็นพิเศษ ปัจจุบัน เหล็กกล้าความแข็งแรงสูงพิเศษผสมต่ำพิเศษ 300M ที่เป็นตัวแทนในระดับสากลเป็นเหล็กทั่วไปสำหรับอุปกรณ์ลงจอดเครื่องบิน นอกจากนี้ D6AC เหล็กกล้าความแข็งแรงสูงพิเศษผสมต่ำยังเป็นวัสดุโครงมอเตอร์จรวดแข็งทั่วไป แนวโน้มการพัฒนาเหล็กที่มีความแข็งแรงสูงเป็นพิเศษคือการปรับปรุงความเหนียวและความต้านทานการกัดกร่อนจากความเค้นอย่างต่อเนื่อง ขณะเดียวกันก็รับประกันความแข็งแรงสูงเป็นพิเศษ

โลหะผสมอุณหภูมิสูงขั้นสูง

โลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงเป็นวัสดุสำคัญสำหรับระบบพลังงานการบินและอวกาศ โลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงคือโลหะผสมที่สามารถทนต่อความเค้นบางอย่างที่อุณหภูมิสูงถึง 600~1200 องศา และมีความสามารถในการต่อต้านอนุมูลอิสระและป้องกันการกัดกร่อน เป็นวัสดุที่ต้องการสำหรับจานกังหันของเครื่องยนต์การบินและอวกาศ ตามส่วนประกอบเมทริกซ์ที่แตกต่างกัน โลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงแบ่งออกเป็นสามประเภท: มีธาตุเหล็ก ธาตุนิกเกิล และโคบอลต์ แผ่นกังหันของเครื่องยนต์ทำจากโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงหลอมจนถึงทศวรรษ 1960 เกรดทั่วไป ได้แก่ A286 และ Inconel 718 ในปี 1970 บริษัท American GE Company ใช้ผงโลหะผสม Rene95 ที่แข็งตัวอย่างรวดเร็วเพื่อสร้างจานกังหันของเครื่องยนต์ CFM56 ซึ่งเพิ่มอัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนักอย่างมาก อุณหภูมิในการทำงานจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ตั้งแต่นั้นมา จานกังหันของโลหะผงก็มีการพัฒนาอย่างรวดเร็ว เมื่อเร็ว ๆ นี้สหรัฐอเมริกาได้ใช้กระบวนการแข็งตัวอย่างรวดเร็วด้วยการพ่นสเปรย์เพื่อผลิตจานกังหันโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูง เมื่อเทียบกับโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงแบบผง กระบวนการนี้ง่าย ต้นทุนลดลง และมีประสิทธิภาพการประมวลผลการปลอมที่ดี เป็นเทคโนโลยีการเตรียมการที่มีศักยภาพในการพัฒนาสูง

โลหะผสมทังสเตน

ทังสเตนมีจุดหลอมเหลวสูงที่สุดในบรรดาโลหะ ข้อได้เปรียบที่โดดเด่นคือจุดหลอมเหลวที่สูงทำให้วัสดุมีความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงและทนต่อการกัดกร่อนได้ดี มันแสดงให้เห็นคุณลักษณะที่ยอดเยี่ยมในอุตสาหกรรมการทหาร โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตอาวุธ ในอุตสาหกรรมอาวุธส่วนใหญ่จะใช้เพื่อสร้างหัวรบของกระสุนเจาะเกราะต่างๆ โลหะผสมทังสเตนใช้เทคโนโลยีการปรับสภาพผงและเทคโนโลยีเสริมการเสียรูปขนาดใหญ่เพื่อปรับแต่งเกรนของวัสดุและยืดการวางแนวเกรน ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความแข็งแรง ความเหนียว และพลังการเจาะทะลุของวัสดุ วัสดุแกนทังสเตนของกระสุนเจาะเกราะ Type 125 II ที่พัฒนาโดยประเทศของเราคือ W-Ni-Fe ซึ่งใช้กระบวนการเผาผนึกขนาดกะทัดรัดที่มีความหนาแน่นแปรผัน ประสิทธิภาพโดยเฉลี่ยมีความต้านทานแรงดึง 1,200 MPa การยืดตัวมากกว่า 15% และดัชนีทางเทคนิคการต่อสู้ที่ 2,{10}} เมตร ระยะทะลุเกราะเหล็กเนื้อเดียวกันหนา 600 มม. ในปัจจุบัน โลหะผสมทังสเตนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นวัสดุหลักสำหรับรถถังหลัก กระสุนเจาะเกราะอัตราส่วนขนาดใหญ่ กระสุนเจาะเกราะต่อต้านอากาศยานขนาดเล็กและขนาดกลาง และกระสุนเจาะเกราะพลังงานจลน์ความเร็วสูงพิเศษ ซึ่ง ทำให้กระสุนเจาะเกราะต่างๆ มีพลังการเจาะที่ทรงพลังยิ่งขึ้น

สารประกอบระหว่างโลหะ

สารประกอบอินเตอร์เมทัลลิกมีโครงสร้างซูเปอร์แลตทิซสั่งระยะยาวและรักษาพันธะโลหะที่แข็งแกร่ง ทำให้พวกมันมีคุณสมบัติทางกายภาพ เคมี และทางกลพิเศษมากมาย สารประกอบอินเตอร์เมทัลลิกมีความแข็งแรงทางความร้อนที่ดีเยี่ยม และกลายเป็นวัสดุโครงสร้างอุณหภูมิสูงชนิดใหม่ที่สำคัญซึ่งมีการศึกษาอย่างจริงจังทั้งในประเทศและต่างประเทศในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ในอุตสาหกรรมการทหาร มีการใช้สารประกอบอินเตอร์เมทัลลิกเพื่อผลิตชิ้นส่วนที่ทนทานต่อภาระความร้อน ตัวอย่างเช่น บริษัท Puau ซึ่งตั้งอยู่ในสหรัฐอเมริกาผลิตใบพัดเครื่องยนต์กังหันก๊าซ JT90 กองทัพอากาศสหรัฐฯ ใช้ไทเทเนียม-อลูมิเนียมเพื่อผลิตใบพัดเครื่องยนต์เครื่องบินขนาดเล็ก เป็นต้น และรัสเซียใช้สารประกอบระหว่างโลหะไทเทเนียมอะลูมิเนียมแทนโลหะผสมทนความร้อนเป็นครอบลูกสูบ ปรับปรุงสมรรถนะของเครื่องยนต์อย่างมาก ในอุตสาหกรรมอาวุธ วัสดุกังหันอัดบรรจุอากาศของเครื่องยนต์รถถังคือโลหะผสมนิกเกิลที่มีอุณหภูมิสูงเป็นส่วนประกอบหลัก K18 ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพการเร่งความเร็วของรถถังเนื่องจากความถ่วงจำเพาะขนาดใหญ่และความเฉื่อยเริ่มต้น สารประกอบระหว่างโลหะไทเทเนียม-อลูมิเนียมและส่วนประกอบทำจากเส้นใยอลูมินาและซิลิคอนคาร์ไบด์ วัสดุคอมโพสิตน้ำหนักเบาและทนความร้อนที่ได้รับการปรับปรุงใหม่สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการออกตัวของรถถังได้อย่างมาก และปรับปรุงความสามารถในการเอาตัวรอดในสนามรบ นอกจากนี้ สารประกอบอินเทอร์เมทัลลิกยังสามารถใช้ในส่วนประกอบทนความร้อนหลายชนิดเพื่อลดน้ำหนักและปรับปรุงความน่าเชื่อถือและตัวชี้วัดประสิทธิภาพการรบ

เซรามิกโครงสร้าง

วัสดุเซรามิกเป็นวัสดุไฮเทคที่เติบโตเร็วที่สุดในโลกปัจจุบัน พวกเขาได้พัฒนาจากเซรามิกเฟสเดียวไปเป็นเซรามิกคอมโพสิตหลายเฟส วัสดุเซรามิกโครงสร้างมีแนวโน้มการใช้งานที่ดีในอุตสาหกรรมการทหาร เนื่องจากมีคุณสมบัติที่ดีเยี่ยมหลายประการ เช่น ทนต่ออุณหภูมิสูง ความหนาแน่นต่ำ ต้านทานการสึกหรอ และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการวิจัยอย่างกว้างขวางเกี่ยวกับเซรามิกโครงสร้างสำหรับเครื่องยนต์ทหารทั้งในและต่างประเทศ ตัวอย่างเช่น กังหันขนาดเล็กสำหรับซุปเปอร์ชาร์จเจอร์ของเครื่องยนต์ได้ถูกนำไปใช้งานจริง สหรัฐอเมริกาได้ฝังแผ่นเซรามิกไว้ที่ด้านบนของลูกสูบ ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งานของลูกสูบอย่างมาก และยังปรับปรุงประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเครื่องยนต์อีกด้วย เยอรมนีฝังส่วนประกอบเซรามิกในช่องไอเสียเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของพอร์ตไอเสีย ปลอกลูกสูบและปลอกสูบของตู้เย็น Stirling ขนาดเล็กในกล้องถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรดต่างประเทศทำจากวัสดุเซรามิก โดยมีอายุการใช้งานสูงสุด 2,000 ชั่วโมง; พลังของไจโรสโคปของขีปนาวุธนั้นมาจากก๊าซดินปืน แต่ดินปืนที่ตกค้างในก๊าซนั้นส่งผลเสียต่อไจโรสโคป เสียหายหนัก. เพื่อกำจัดสารตกค้างในก๊าซและปรับปรุงความแม่นยำในการโจมตีของขีปนาวุธ จำเป็นต้องศึกษาวัสดุกรองเซรามิกที่เหมาะสมสำหรับก๊าซดินปืนของขีปนาวุธที่ทำงานที่อุณหภูมิ 2,000 องศา ในอุตสาหกรรมอาวุธ เซรามิกโครงสร้างถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในกังหันอัดบรรจุอากาศของเครื่องยนต์รถถังหลัก ส่วนบนของลูกสูบ ช่องระบายอากาศ ฯลฯ และเป็นวัสดุสำคัญสำหรับอาวุธและอุปกรณ์ใหม่ ในปัจจุบัน ข้อกำหนดความถี่วิทยุของปืนกลขนาด 20-30 มม. มีมากกว่า 1,200 รอบต่อนาที ซึ่งทำให้การทำลายลำกล้องมีความร้ายแรงอย่างยิ่ง จุดหลอมเหลวที่สูงและความคงตัวทางเคมีที่อุณหภูมิสูงของเซรามิกถูกนำมาใช้เพื่อยับยั้งการระเหยของถังที่รุนแรงได้อย่างมีประสิทธิภาพ วัสดุเซรามิกมีความต้านทานแรงอัดและความต้านทานการคืบคลานสูง ด้วยการออกแบบที่สมเหตุสมผล วัสดุเซรามิกสามารถรักษาสภาวะการบีบอัดแบบสามมิติและเอาชนะความเปราะบางได้ เพื่อให้แน่ใจว่าใช้สมุทรเซรามิกได้อย่างปลอดภัย