理论教育 军用新材料应用化学成果

军用新材料应用化学成果

时间:2023-10-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:高性能的新型武器的出现往往与军用新材料的开发应用密切相关。

军用新材料应用化学成果

5.5.2.1 复合材料

武器装备的水平高低是衡量一个国家国防实力的重要标志。高性能的新型武器的出现往往与军用新材料的开发应用密切相关。任何一种新武器装备系统,离开新材料的支撑都是无法制造出来的。因此,1991年的海湾战争被看作是高新技术武器和军用新材料的实验场。无论是精确制导武器、反辐射导弹,还是隐身飞机、复合装甲坦克,无一例外地都与新材料的应用紧密联系。

金属基复合材料具有高的比强度、高的比模量、良好的高温性能、低的热膨胀系数、良好的尺寸稳定性、优异的导电导热性,在军事工业中得到了广泛的应用。铝、镁、钛是金属基复合材料的主要基体,而金属复合材料可用于大口径的尾翼稳定脱壳穿甲弹的弹托,也可用于反直升机/反坦克的多用途导弹固体发动机壳体等零部件,从而减轻战斗部(指由壳体、装填物和引爆装置等组成的系统)质量,提高作战能力。

新型结构陶瓷具有硬度高、耐磨性好、耐高温的特点,适合应用于坦克及装甲车的发动机。与金属发动机相比,陶瓷发动机无须冷却系统,发动机自重因陶瓷密度小可减轻20%,从而节省燃料20%~30%,提高工作效率30%~50%。

5.5.2.2 隐形武器

现代电子技术的迅速发展,使战争中的坦克、飞机、导弹及卫星的一举一动,都处在“千里眼”——雷达及其他各种光电探测仪的监视之下,往往攻击者还没有到达攻击目的地却已被发现,处于被动挨打的位置。因此,科学家又开始研制隐形武器。隐形武器主要是通过运用先进的科学技术对各种武器进行伪装,并使其不被雷达发现,从而提高自己的突袭能力和生存能力。

科学家们发现,雷达发出的波束当遇到某些障碍物时会在雷达屏幕上显示出回波,如果采用先进的技术,吸收雷达的反射波或实施电子干扰,从而“淹没”雷达反射波,就会达到隐身的目的。

制造隐形武器有三种方式:一是改善武器的结构外形,减少雷达反射面,使反射在雷达屏上的截面积变小;二是采用能吸收雷达波的原材料,如在金属表面涂上一层能够吸收雷达波的涂料,这种武器就不会在敌人的雷达屏上出现,变成了“透明体”;三是改进电子对抗设备,快速精确地查明敌方雷达的方位,实施强烈干扰或诱骗。

制造隐形武器的化学方法之一便是在武器装备的表面涂一层隐形材料,使得雷达接收目标散射的截面积减小或改变形状。如美国研制的“铁球”涂料和“超黑色”涂料,均已被广泛应用到各种隐形武器上,其中,F-117隐形飞机和“战斧”式巡航导弹等都运用了这一技术。B-2隐形轰炸机还采用了聚酰亚胺和其他高性能的合成树脂为基材、聚酰胺纤维及碳纤维增强的复合材料及特殊结构的高分子涂料等,从而实现对雷达的隐形。在该机的尾喷管中,氯氟硫酸被喷混在尾气中,从而消除发动机的目视尾迹。

另一种方法是等离子云隐形:即把一种等离子体涂在武器装备的表面,就能在其周围形成“等离子云”,从而降低被敌雷达发现的概率。这种“等离子云”既能吸收无线电波,又能吸收红外辐射,还能对敌发出假信息。与传统的隐形材料相比,这种隐形有四大优点:一是吸波频带宽,吸收率高,隐形效果好;二是无须改变武器装备外形,使用寿命较长且十分方便;三是使用及维护费用低;四是能减小飞机等目标的飞行阻力。

5.5.2.3 防弹纤维复合材料

据有关媒体报道,在伊拉克一次反恐行动中,英国驻伊拉克部队的12名士兵遭到反政府武装袭击,在以少敌多的情况下,英军士兵以一人死亡的微小代价奇迹般地冲出了包围。死里逃生的英军士兵所穿戴的防弹衣被密集的子弹打得像蜂窝一样,最多的一名士兵身上中了12枪,但没有一件防弹衣被子弹击穿,死亡的那名士兵是因为被流弹击中无防护的脑部。值得一提的是,这些防弹衣都是由浙江慈溪大成新材料股份有限公司制造的。

防弹纤维复合材料具有优良的物理机械性能,其比强度和比模量比金属材料高,其抗声震疲劳性、减震性也大大超过金属材料。此外,它具有良好的动能吸收性,且无“二次杀伤效应”,因而具有良好的防弹性能。更重要的是,在抗弹性能相同的情况下,它的质量较金属装甲显著减轻,从而使武器系统具有更高的机动性。英美两国都将纤维增强树脂基复合材料作为坦克车体首选材料,其原因在于树脂基复合材料不仅具有一定的抗弹能力,还可减小雷达反射截面积,更重要的是可使坦克质量减轻达30%~35%。(www.daowen.com)

碳纤维复合材料具有强度高、刚度高、耐疲劳、质量轻等优点。美国采用这种材料使AV-8B垂直起降飞机的质量减轻了27%,F-18战斗机减轻了10%。采用纤维复合材料还可显著减轻火箭和导弹的质量,从而既减轻发射质量,又可节省发射费用或携带更重的弹头或增加有效射程和落点精度。

军用新材料还广泛用于后勤装备方面。20世纪80年代,美国开发了一种名叫“高尔泰克斯”的军用新材料,用这种新材料制成的冬服,虽然比原冬服质量减轻28%,但保暖性却提高20%,而且还防雨水,人体蒸发的汗也能顺利地排出去。日本研制了含有65%的芳香族聚酰胺和35%耐热处理棉纤维的混纺织物,用其制成的新型迷彩服可在12 s内承受800℃高温,这就意味着能显著降低战场烧伤率。

5.5.2.4 贫铀材料

从上述有关核浓缩一节可知,天然铀中铀235的含量为0.714%,当铀235的含量小于0.714%时就称为贫铀。随着核工业核武器的不断发展,贫铀作为分离浓缩铀后的尾料与日俱增。据资料统计,每生产1 kg含3%铀235的核燃料就会产生5~6 kg的贫铀,如美国1988年的贫铀库存就达到了70万吨。除美国外,现在世界上拥有核电站的国家都囤积着大量的贫铀,大量的贫铀对于保存者来说无疑是一个巨大的负担,但弃之似乎又可惜了,于是对贫铀的开发利用成为各国军事工业的研究课题。

贫铀材料具有如下特点:

(1)贫铀合金密度高、强度大,不易断裂,比钨合金更胜一筹。

(2)贫铀合金冶炼方便,可用普通的真空熔炼法冶炼。

(3)贫铀是分离浓缩铀的尾料,不仅价格相对较低,来源也较丰富。

因此,从20世纪60年代中期开始,美国为寻求有效对付装甲目标的新型穿甲弹,着手秘密研究含铀合金在军事上的应用。经过大量的试验,选用铀-钛合金来作为穿甲弹,随后,又为其舰艇的近程武器装备贫铀弹。至此,贫铀弹以其强大的穿甲能力和巨大的毁伤后效而被一些发达国家用来装备军队,如被大量用于坦克炮等反装甲火器,用来攻击坦克、舰艇、钢筋混凝土工事等重装甲目标。

最早的化学战——伊珀尔毒气战

早在一个世纪前的第一次世界大战期间,化学武器的威力就已初露锋芒。当时协约国部队同德军在比利时西部的伊珀尔地区进行了长达3年的拉锯战,人类史上首次大规模使用化学武器的伊珀尔毒气战就在这期间发生了。1915年4月22日,德军为报复协约国部队在香槟和新沙佩勒的进攻,并掩护其向东线调动军队的行动而发起了伊珀尔毒气战。在战线前沿宽6千米的区域内预先布置安放了约6 000罐(约18万千克)氯气吹放钢瓶,利用有利于自己的气象条件,向协约国部队阵地吹放,协约国部队毫无防范,此次毒气战造成协约国部队约1.5万人中毒,5 000人死亡,致使协约国部队阵地宽10千米、深7千米的防守地带形同虚设。一位战地记者进行了如此的描述:“他们已经死亡,两手伸展着好像要挥去上方的死神。尸体遍野,他们极度痛苦的肺在喘息,满嘴都是黄色液体。”这就是人类战争史上的第一次化学战——伊珀尔毒气战。

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