一、引言

國無防不立，民無防不安。作為一個國家、一個民族，最重要的無非兩件大事：一個是發(fā)展問題，一個是安全問題。國防是人類社會發(fā)展與安全需要的產(chǎn)物，它是關(guān)系到國家和民族生死存亡的根本大計。

現(xiàn)代國防以軍事力量為核心，還包括有關(guān)的非軍事力量；它重視國家的戰(zhàn)爭潛力，特別是戰(zhàn)時的動員效率；它還是以經(jīng)濟(jì)和科技為主的綜合實力的競爭。材料技術(shù)作為國家科技發(fā)展規(guī)劃中最為關(guān)鍵的領(lǐng)域之一，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)今社會及今后相當(dāng)長時間內(nèi)總攬全局的高新技術(shù)。材料高新技術(shù)還是支撐當(dāng)今人類文明的現(xiàn)代工業(yè)關(guān)鍵技術(shù)，用于軍事領(lǐng)域的軍用新材料技術(shù)是發(fā)展高新技術(shù)武器的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是一個國家國防力最最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。

出于自身利益及世界形勢的考量，每個國家都需要且必須建立強(qiáng)大的國防。因而開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的現(xiàn)代化尖端武器，對國家安全而言就顯得尤為重要。而就目前現(xiàn)有的材料品種、規(guī)格、性能及冶煉工藝方式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足高新武器發(fā)展的需求，有時甚至成為制約武器研究開發(fā)的“瓶頸”，在這種背景下，軍用材料技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生。目前，世界范圍內(nèi)的軍用新材料技術(shù)已有上萬種，并以每年5％的速度遞增，正向高功能化、超高能化、復(fù)合輕量和智能化的方向發(fā)展。

二、新材料技術(shù)在軍工方面的應(yīng)用

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，廣泛應(yīng)用于航空、航天、兵器和船艦等領(lǐng)域中。

1.軍用結(jié)構(gòu)材料

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，武器裝備的技術(shù)密集程度越來越高，正在從機(jī)械化戰(zhàn)爭向信息化戰(zhàn)爭演變，武器裝備向精確制導(dǎo)方向發(fā)展。因此，對軍用材料提出了更高、更新的要求。

1.1鎂合金

鎂合金作為最輕的工程金屬材料，具有比重輕、比強(qiáng)度及比剛度高、阻尼性及導(dǎo)熱性好，電磁屏蔽能力強(qiáng)、以及減振性好等一系列獨(dú)特的性質(zhì)，極大的滿足了航空航天、現(xiàn)代武器裝備等軍工領(lǐng)域的需求。

鎂合金在軍工裝備上有諸多應(yīng)用，如坦克座椅骨架、車長鏡、炮長鏡、變速箱箱體、發(fā)動機(jī)機(jī)濾座、進(jìn)出水管、空氣分配器座、機(jī)油泵殼體、水泵殼體、機(jī)油熱交換器、機(jī)油濾清器殼體、氣門室罩、呼吸器等車輛零部件；戰(zhàn)術(shù)防空導(dǎo)彈的支座艙段與副翼蒙皮、壁板、加強(qiáng)框、舵板、隔框等彈箭零部件；殲擊機(jī)、轟炸機(jī)、直升機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、機(jī)載雷達(dá)、地空導(dǎo)彈、運(yùn)載火箭、人造衛(wèi)星等飛船飛行器構(gòu)件。鎂合金重量輕、比強(qiáng)度和剛度好、減振性能好、電磁干擾、屏蔽能力強(qiáng)等特點(diǎn)能滿足軍工產(chǎn)品對減重、吸噪、減震、防輻射的要求。在航空航天和國防建設(shè)中占有十分重要的地位，是飛行器，衛(wèi)星，導(dǎo)彈，以及戰(zhàn)斗機(jī)和戰(zhàn)車等武器裝備所需的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料。

1.2鋁合金

鋁合金一直是軍事工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的金屬結(jié)構(gòu)材料之一。鋁合金材料具有密度低、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首選的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。

鋁合金的發(fā)展趨勢是追求高純、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、鋁銅合金和鋁鋅鎂合金。新型鋁鋰臺金應(yīng)用于航空工業(yè)中，預(yù)計飛機(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題。

1.3結(jié)構(gòu)陶瓷

常用的結(jié)構(gòu)陶瓷材料主要包括：氧化鋁、氧化鉛、氮化硅、碳化硅、氮化鋁及其復(fù)合材料等。由于結(jié)構(gòu)陶瓷材料通常具有高強(qiáng)、高硬、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損的特性，因而在國防、軍工領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

陶瓷材料是當(dāng)今世界上發(fā)展最快的高技術(shù)村料，它已經(jīng)從單相陶瓷發(fā)展到多相復(fù)合陶瓷。結(jié)構(gòu)陶瓷材料因其耐高溫、低密度、耐磨損及低的熱膨脹系數(shù)等諸多優(yōu)異性能，在軍事工業(yè)中有著良好的應(yīng)用前景。利用結(jié)構(gòu)陶瓷的高硬度、高耐磨性可以制備陶瓷刀具、陶瓷軸承、防彈裝甲、各種閥門、耐磨襯里、密封環(huán)；利用結(jié)構(gòu)陶瓷的耐高溫性能可以制備高溫陶瓷熱交換器、汽車尾氣過濾器、燃?xì)廨啓C(jī)高溫過流部件；利用結(jié)構(gòu)陶瓷的透明性可以制備透明燈管、導(dǎo)彈窗口材料等。

1.4超高強(qiáng)度鋼

超高強(qiáng)度鋼是屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別超過1200MPa和1400MPa的鋼，它是為了滿足飛機(jī)結(jié)構(gòu)上要求高比強(qiáng)度的材料而研究和開發(fā)的。超高強(qiáng)度鋼不僅具有高的抗拉強(qiáng)度，還具有一定塑性和韌性、小的缺口敏感性、高的疲勞強(qiáng)度、一定的抗蝕性、良好的工藝性能、符合資源情況及價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在航空工業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛。超高強(qiáng)度鋼大量用于制造火箭發(fā)動機(jī)外殼，飛機(jī)機(jī)身骨架、蒙皮和著陸部件以及高壓容器和一些常規(guī)武器。由于鈦合金和復(fù)合材料在飛機(jī)上應(yīng)用的擴(kuò)大，鋼在飛機(jī)上用量有所減少，但是飛機(jī)上的關(guān)鍵承力構(gòu)件仍采用超高強(qiáng)度鋼制造。目前，在國際上有代表性的低合金超高強(qiáng)度鋼300M，是典型的飛機(jī)起落架用鋼。此外，低合金超高強(qiáng)度鋼D6AC是典型的固體火箭發(fā)動機(jī)殼體材料。超高強(qiáng)度鋼的發(fā)展趨勢是在保證超高強(qiáng)度的同時，不斷提高韌性和抗腐蝕能力。

1.5先進(jìn)高溫合金

高溫鈦合金在600~1200℃高溫下能承受一定應(yīng)力并具有抗氧化或抗腐蝕能力的合金，具有較高的高溫強(qiáng)度，良好的抗氧化和抗腐蝕性能，良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能廣泛應(yīng)用于航空、航天、石油、化工、艦船的一種重要材料。

按基體元素來分，高溫合金又分為鐵基、鎳基、鈷基等高溫合金。鐵基高溫合金使用溫度一般只能達(dá)到750~780℃，對于在更高溫度下使用的耐熱部件，則采用鎳基和難熔金屬為基的合金。鎳基高溫合金在整個高溫合金領(lǐng)域占有特殊重要的地位，它廣泛地用來制造航空噴氣發(fā)動機(jī)、各種工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)最熱端部件。若以150MPA~100H持久強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)，而目前鎳合金所能承受的最高溫度＞1100℃，而鎳合金約為950℃，鐵基的合金＜850℃，即鎳基合金相應(yīng)地高出150℃至250℃左右。所以人們稱鎳合金為發(fā)動機(jī)的心臟。目前，在先進(jìn)的發(fā)動機(jī)上，鎳合金已占總重量的一半，不僅渦輪葉片及燃燒室，而且渦輪盤甚至后幾級壓氣機(jī)葉片也開始使用鎳合金。與鐵合金相比，鎳合金的優(yōu)點(diǎn)是：工作溫度較高，組織穩(wěn)定、有害相少及抗氧化搞腐蝕能力大。與鈷合金相比，鎳合金能在較高溫度與應(yīng)力下工作，尤其是在動葉片場合。

1.6復(fù)合材料

復(fù)合材料是指兩種以上不同性質(zhì)或不同結(jié)構(gòu)物質(zhì)組合而成的材料，通常由基體材料與增強(qiáng)劑組成。先進(jìn)復(fù)合材料比通用復(fù)合材料具有更高綜合性能，它包括樹脂基復(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)的復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、高模量、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)，是國防工業(yè)發(fā)展中最重要的一類工程材料。

復(fù)合材料正在迅速發(fā)展成為航天航空工業(yè)的基本結(jié)構(gòu)材料。高性能聚合物基復(fù)合材料在航空航天工業(yè)的用量占其全部用量的80％。由于碳纖維具有高比強(qiáng)度、比模量、低熱膨脹系數(shù)和高導(dǎo)熱性等獨(dú)特性能，因而由其增強(qiáng)的復(fù)合材料用作航空航天結(jié)構(gòu)材料，減重效果十分顯著，顯示出無可比擬的巨大應(yīng)用潛力。例如，碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料用做航天飛機(jī)艙門、機(jī)械臂和壓力容器等，此外，還將其在火箭與導(dǎo)彈的減重、飛機(jī)的主承力結(jié)構(gòu)，在雷達(dá)波隱身材料方面，除涂層外，復(fù)合材料作為結(jié)構(gòu)隱身材料正日益引起人們的關(guān)注，主要為碳纖維增強(qiáng)熱固性樹脂基復(fù)合材料(如C/EP、C/PI或C/BMI)和熱塑性樹脂基復(fù)合材料(C/PEEK，C/PPS)，目前已經(jīng)得到了某些應(yīng)用。

1.7金屬間化合物

金屬間化合物具有長程有序的超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，保持很強(qiáng)的金屬鍵結(jié)合，使它們具有許多特殊的理化性質(zhì)和力學(xué)性能。金屬間化合物具有優(yōu)異的熱強(qiáng)性，近年來已成為國內(nèi)外積極研究的重要的新型高溫結(jié)構(gòu)材料。在軍事工業(yè)中，金屬間化合物已被用于制造承受熱負(fù)荷的零部件上；在兵器工業(yè)領(lǐng)域，坦克發(fā)動機(jī)增壓器渦輪材料為K18鎳基高溫合金，因其比重大、起動慣量大而影響了坦克的加速性 能，應(yīng)用鈦鋁金屬聞化合物及其由氧化鋁、碳化硅纖維增強(qiáng)的復(fù)合輕質(zhì)耐熱新材料，可以大大改善坦克的起動性能，提高戰(zhàn)場上的生存能力。此外，金屬間化合物還可用于多種耐熱部件，減輕重量，提高可靠性與戰(zhàn)技指標(biāo)。

2.軍用功能材料

功能材料是指利用聲、光、電、磁、熱、化、生化等效應(yīng)，將能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式的材料。功能材料很多，如光電功能材料、儲氫功能材料、阻尼減震材料、隱身材料等。

2.1 光電功能材料

光電功能材料是指在光電子技術(shù)中使用的材料，它能將光電結(jié)合的信息傳輸與處理，是現(xiàn)代信息科技的重要組成部分。光電功能材料在軍事工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。碲鎘汞、銻化銦是紅外探測器的重要材料；硫化鋅、硒化鋅、砷化鎵主要用于制作飛行器、導(dǎo)彈以及地面武器裝備紅外探測系統(tǒng)的窗口、頭罩、整流罩等。氟化鎂具有較高的透過率、較強(qiáng)的抗雨蝕、抗沖刷能力，它是較好的紅外透射材料。激光晶體和激光玻璃是高功率和高能量固體激光器的材料，典型的激光材料有紅寶石晶體、摻釹釔鋁石榴石、半導(dǎo)體激光材料等。

2.2儲氫功能材料

某些過渡簇金屬，合金和金屬問化合物，由于其特殊的晶格結(jié)構(gòu)的原因，氫原子比較容易透入金屬晶格的四面體或八面體間隙位中，形成了金屬氫化物，這種材料稱為儲氫材料。

在兵器工業(yè)中，坦克車輛使用的鉛酸蓄電池因容量低、自放電率高而需經(jīng)常充電，此時維護(hù)和搬運(yùn)十分不便。放電輸出功率容易受電池壽命、充電狀態(tài)和溫度的影響，在寒冷的氣候條件下，坦克車輛起動速度會顯著減慢，甚至不能起動，這樣就會影響坦克的作戰(zhàn)能力。儲氫合金蓄電池具有能量密度高、耐過充、抗震、低溫性能好、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，在未來主戰(zhàn)坦克蓄電池發(fā)展過程中具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.3阻尼減震材料

阻尼是指一個自由振動的固體即使與外界完全隔離，它的機(jī)械性能也會轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿默F(xiàn)象。采用高阻尼功能材料的目的是減震降嗓，因此阻尼減震材料在軍事工業(yè)中具有十分重要的意義。

2.4隱身材料

現(xiàn)代攻擊武器的發(fā)展，特別是精確打擊武器的出現(xiàn)，使武器裝備的生存力受到了極大的威脅，單純依靠加強(qiáng)武器的防護(hù)能力已不實際。采用隱身技術(shù)，使敵方的探測、制導(dǎo)、偵察系統(tǒng)失去功效，從而盡可能地隱蔽自己，掌握戰(zhàn)場的主動權(quán)，搶先發(fā)現(xiàn)并消滅敵人，己成為現(xiàn)代武器防護(hù)的重要發(fā)展方向。隱身技術(shù)的最有效手段是采用隱身材料。

隱身材料有毫米波結(jié)構(gòu)吸波材料、毫米波橡膠吸波材料和多功能吸波涂料等，它們不僅能夠降低毫米波雷達(dá)和毫米波制導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)、跟蹤和命中的概率，而且能夠兼容可見光、近紅外偽裝和中遠(yuǎn)紅外熱迷彩的效果。近年來，國外在提高與改進(jìn)傳統(tǒng)隱身材料的同時，正致力于多種新材料的探索。晶須材料、納米材料、陶瓷材料、手性材料、導(dǎo)電高分子材料等逐步應(yīng)用到雷達(dá)波和紅外隱身材料，使涂層更加薄型化、輕量化。納米材料因其具有極好的吸波特性，同時具備了寬頻帶、兼容性好、厚度薄等特點(diǎn)，發(fā)達(dá)國家均把納米材料作為新一代隱身材料加以研究和開發(fā)；國內(nèi)毫米波隱身材料的研究起步于上世紀(jì)80年代中期，研究單位主要集中在兵器系統(tǒng)。經(jīng)過多年的努力，預(yù)研工作取得了較大進(jìn)展，該項技術(shù)可用于各類地面武器系統(tǒng)的偽裝和隱身，如主戰(zhàn)坦克、155毫米先進(jìn)加榴炮系統(tǒng)及水陸兩用坦克等。

目前，世界上正在研制的第5代超音速殲擊機(jī)，其機(jī)體結(jié)構(gòu)采用復(fù)合材料、翼身融合體和吸波涂層，使其真正具有了隱身功能，而電磁波吸收型涂料、電磁屏蔽型涂料已開始在隱身飛機(jī)上涂裝；美國和俄羅斯的地對空導(dǎo)彈正在使用質(zhì)、寬頻帶吸收、熱穩(wěn)定性好的隱身材料?？梢灶A(yù)見，隱身技術(shù)的研究和應(yīng)用已成為世界各國國防技術(shù)中最重要的課題之一。

三、軍用新材料技術(shù)的發(fā)展趨勢

2l世紀(jì)復(fù)合材料的發(fā)展方向是低成本、高性能、多功能和智能化。我國軍用材料經(jīng)過多年發(fā)展，已取得長足進(jìn)步，但也存在“多、雜、散”的問題，系列化、通用化較差，影響了軍用材料科研的整體效益和對于武器裝備研制生產(chǎn)的保障能力，為此需要建立適合我國國情的軍用材料體系。

回首過去，國防建設(shè)和兵器工業(yè)的發(fā)展得益于材料科學(xué)的發(fā)展，展望未來，材料科學(xué)的進(jìn)步將給國防建設(shè)提供強(qiáng)有力的保障。

本文作者：材料委天津院