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行业资讯
军用功能材料
发布者:军用功能材料  发布于:2024/3/29 14:01:41  点击率:1711

随着现代军事科技的不断发展,促使各国对武器装备的性能提出了更高的要求。由于军用新材料能够满足武器材料强韧化、轻量化、多功能化和高效化的发展要求,促使军工新材料的研究十分繁荣。


2.1 纳米隐身材料

美、俄、法等军事强国都把纳米隐身材料作为新一代的隐身材料进行探索和研究,并对纳米材料的微波电磁谱理论、材料系列、制备方法、性能表征等进行了系统研究,研制出了多种不同结构的纳米隐身材料, 取得了实质性进展。

1995年,日本采用纳米碳管与磁性吸收剂复合,设计了纳米材料吸波涂层,吸波性能有一定的提高, 在此基础上, 具有更明显的形状、磁晶、应力各向异性的二维纳米结构磁性金属薄膜逐渐引起了人们的重视。

20世纪末, 美国研制出的超黑粉纳米隐身材料,对雷达波吸收率达到99%, 这种超黑粉纳米隐身材料实际上是用纳米石墨做吸收剂制成的石墨热塑性复合材料和石墨环氧树脂复合材料,不仅吸收率大,而且在低温下仍保持良好的韧性。

2000年俄罗斯成功利用了纳米晶体膜的高磁损耗和高磁导率特性,制备了20nm的超薄型多层膜毫米波吸波材料,具有良好的隐身效果。

法国研制的一种磁性多层膜宽频带纳米隐身材料,它是由粘结剂和纳米级微屑填充材料构成,能够吸收超高频的电磁波,纳米级由超薄不定型磁性薄层及绝缘层构成,非晶态磁性材料层为具有高磁导率的铁磁性材料,层厚度为3nm,绝缘层为碳或者无机材料,厚度为5nm,在50MHz50GHz频率范围内具有良好的吸波性能。

国内从20世纪80年代末也一直关注纳米材料用于雷达波隐身的可能性,在纳米隐身机理的理论研究和实验研究方面均有所进展。成都电子科技大学研制的纳米针形磁性金属粉多层纳米膜复合吸波材料, 通过改变纳米针形磁性金属粉成分,可以有效地控制其频率特性,有利于展宽吸收频带。南京大学、华中科技大学在纳米物性研究的基础上,理论上论证了采用纳米磁性多层膜提高隐身材料吸波效果的可行性,并采用磁控溅射技术试制了纳米晶薄膜, 在4GHz6GHz,磁导率μ“可达到40左右,比磁性微米吸收剂提高了10倍。


2.2 磁性材料

磁性材料作为新材料的一种,也是发展非常迅速的基础功能材料,其功能、结构、用途也是十分广泛的。而其在军事领域中的广泛应用更是成为各国强化军事优势的重要手段。

美国作为军事大国,其科技十分发达,在微波领域尤其如此。美国军方2003年与IBM等公司合作研究用于雷达报警系统、全球定位系统、舰载防御导弹、PAC-3导弹等的磁性材料,取得可喜进展。2004IBM微电子公司发布了两条标准IC生产线,包括功率放大器和电压控制振荡器。20068月,美国东北大学研制出一种磁性材料。这种磁性陶制薄膜材料具有一种自发磁矩,可以有效降低雷达对磁体的需求。美国新近成立的VIDA产品公司集中研究高Q、宽调谐滤波器、振荡器和频率合成器的军事和商业应用。在新武器电磁炮方面,美国也已经取得了成果。

在日本,对磁性材料的研究也十分活跃。大同特殊钢公司近年开发出挠性电磁波吸收体”DPR“系列,其主要特点是高温环境下抗电磁干扰,可满足电子机器、光纤通信多方面需求。日立金属公司生产的”Finemet“纳米晶磁性材料,主要用于电子机器防干扰共态扼流圈。户佃工业公司与明治大学共同研制成由CoNi和氧化铁组成的只有3040nm的纳米磁粉,可获得239542kA/m30006800 Oe)的矫顽力,并可以在50℃保持1 000h的热稳性。川崎钢铁公司新近开发出电磁线材,可用于倒相电路中的变压器或扼流圈,满足了电磁器件小型化、异型化需求。

印度从20031月起实施萨姆尤科塔电子战计划。计划中用的重要设施一拉简德拉相控阵雷达,由印度巴拉特电子有限公司生产。该技术的有效使用寿命将持续到2020年。印度陆军官员称,首批26辆电子战车辆已交付陆军并投入使用。韩国也在加紧研发。目前磁性材料的领域主要有软磁铁氧体、永磁铁氧体、磁介质、非晶磁芯等方面。俄罗斯SPA Ferrite公司研制的磁性材料已用于毫米波器件,大功率器件,铁氧体移相器上,SRPC”ISTOK“公司研制的材料在嵌入式微带和带线环行器和隔离器,同轴环行器,毫米波波导环行器和隔离器,高功率毫米波和厘米波环行器上广泛应用。

在欧洲,欧盟研究了微波真空器件用碳纳米管,微波与先进CMOS(补充型金属氧化物)技术集成,微电机系统集成相阵天线等。英国Belfast大学高频电子研究小组的典型研究项目包括毫米波前端和集成自追踪天线用的灵敏结构,其中关键技术是研制具有低反射损耗的空间移相器。英国Loughborough大学的无线通信研究小组主要研究天线与无线系统,包括在移动和卫星通信系统、微波和毫米波工程中的应用。


2.3 电子信息材料

20068月,美国乔治亚州技术学院研制出一种新型液晶聚合体材料( LCP并正在实验测试这种超薄像塑胶一样的材料具有轻质和柔软的特性, 比传统材料的性能更优异,可应用于电路板相控阵天线等各种领域。

200610月,美国利弗莫尔·伯克利国家实验室研制出一种能够提高太阳能电池板功率的新型半导体材料应用该材料能比传统材料获取更多频谱的太阳能,利用率可达45%,而传统的单晶半导体材料是25%,传统的多晶半导体材料为39%,有望替代在卫星上应用的昂贵的锌锰碲合金材料。

美国IBM公司和乔治亚州技术学院联合研制出一种新型硅-锗半导体材料采用此材料制造成的晶体管运行频率超过500GHz经过实验测试,材料性能在超低温度下仍然达到预定的期望值该材料制成的超高频率硅-锗半导体材料电路可应用于通信防务航天遥感等诸多潜在的应用领域。


2.4 高性能纤维

高性能纤维,是指对外部的力热光电等物理作用和酸碱氧化剂等化学作用具有特殊耐受能力的一种材料包括高强度高模量耐高温阻燃抗电子束辐射抗射线辐射耐酸耐碱耐腐蚀等的纤维。

这类纤维由于具有比普通纤维更高的机械强度和弹性模量,更好的热稳定性耐酸碱性及耐候性是20世纪60年代初发展以来,高分子纤维材料领域发展迅速的一类特种纤维它被称为继第一代锦纶涤纶和腈纶及第二代改性纤维(包括差别化纤维)之后的第三代合成纤维。

高性能纤维在国防军事和工业领域应用十分广泛尤其是在有特殊要求的工业和技术领域,比如宇宙开发海洋开发情报信息能源交通土木建筑军事装备化工和机械等诸多方面,高性能纤维起着不可缺少的作用。

有机高性能纤维中的高模量高强度纤维每年以两位数速率增长有机高性能纤维可分为4大类近40种,分别为高强高模纤维耐热纤维抗燃纤维及耐腐蚀纤维。目前,已经商品化的高性能有机纤维当属高强高模纤维增长最快,主要品种的需求量均以2位数增长,耐热纤维次之,主要品种以5%-10%的年增长率发展,抗燃纤维和耐强腐蚀性纤维相对增长缓慢,但又不可缺。

高性能纤维在国内外已作为技术创新占领技术优势的重要战略物质,在国防军工、航空航天、能源、交通等领域具有广泛的应用,高性能纤维生产技术与装备水平是体现国家综合实力与技术创新的标志之一。


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