材料在战争中的应用.docx

材料在战争中的应用.docx

《材料在战争中的应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料在战争中的应用.docx（7页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

材料在战争中的应用

《战争与材料》结课论文

课题名称：

《材料在战争中的应用》

学院：

信电学院

班级：

电气13-1班

姓名:

张韶帮

学号：

04131511

材料在战争中的应用

材料是人类赖以生存和发展的物质基础。

20世纪70年代人们把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱。

80年代以高技术群为代表的新技术革命,又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。

这主要是因为材料与国民经济建设、国防建设和人民生活密切相关。

可见材料的重要性。

材料一直伴随着我们的文明的发展。

从石器时代，青铜器时代到铁器时代，而在二战的时候又叫钢铁时代。

材料一直在我们身边,战争中更是少不了它的身影。

从古至今战争就连续不断，从冷兵器到热兵器直到现在的核武器、战略导弹防御系统等等，各类材料尤其是先进材料起了关键作用，而现代战争的主要形式是高技术条件下的局部战争，在当今21世纪的两场战争（阿富汗战争、伊拉克战争）中，则无不是当代高科技以及新材料的大展示。

比如2003年的伊拉克战争，美国特种部队和精锐的陆军步兵部队均配备了新型头盔。

这种头盔有6～8层泡沫材料衬垫防震系统，带在头上几分钟后，头盔里的衬垫就会变得松软，最后将完全适合士兵的头形，增强了头盔的防撞击能力。

中国工程院院士周国泰：

材料是人类赖以生存和发展的重要物质基础。

长期以来各国一直把材料、能源和信息作为社会发展的重要支柱。

尤其进入当今时代，高科技材料更成为国防建设的强大支撑力量。

本文主要介绍几种新型材料的在现代战争中的应用。

一、隐身材料

隐身材料是隐身技术的重要组成部分，在装备外形不能改变的前提下，隐身材料（stealthmaterial）是实现隐身技术的物质基础。

武器系统采用隐身材料可以降低被探测率，提高自身的生存率，增加攻击性，获得最直接的军事效益。

因此隐身材料的发展及其在飞机、主战坦克、舰船、箭弹上应用，将成为国防高技术的重要组成部分。

对于地面武器装备，主要防止空中雷达或红外设备探测、雷达制导武器和激光制导炸弹的攻击；对于作战飞机，主要防止空中预警机雷达、机载火控雷达和红外设备的探测，主动和半主动雷达、空对空导弹和红外格斗导弹的攻击。

为此，常需要雷达、红外和激光隐身技术。

隐身材料按频谱可分为声、雷达、红外、可见光、激光隐身材料。

按材料用途可分为隐身涂层材料和隐身结构材料。

这里便着重介绍几类重要的隐身材料。

1、雷达吸波隐身材料

雷达吸波材料是最重要的隐身材料之一，它能吸收雷达波，使反射波减弱甚至不反射雷达波，从而达到隐身的目的。

如日本研制的一种由电阻抗变换层和低阻抗谐振层组成的宽频带高效吸波涂料，其中变换层由铁氧体和树脂混合组成，谐振层由铁氧体导电短纤维和树脂组成，在1～20吉赫的雷达波段上吸收率达20分贝以上。

雷达吸波材料中尤以结构型雷达吸波材料和吸波涂料最为重要，国外目前已实用的主要也是这两类隐身材料。

结构型雷达吸波材料

结构型雷达吸波材料是一种多功能复合材料，它既能承载作结构件，具备复合材料质轻、高强的优点，又能较好地吸收或透过电磁波，已成为当前隐身材料重要的发展方向。

美国空军研究发现将PEEK、PEK和PPS抽拉的单丝制成复丝分别与碳纤维、陶瓷纤维等按一定比例交替混杂成纱束，编织成各种织物后再与PEEK或PPS制成复合材料，具有优良的吸收雷达波性能，又兼具有重量轻、强度大、韧性好等特点。

据称美国先进战术战斗机（ATF）结构的50%将采用这一类结构吸波材料，材料牌号为APC（HTX）。

在结构吸波材料领域，西方国家中以美国和日本的技术最为先进，尤其在复合材料、碳纤维、陶瓷纤维等研究领域，日本显示出强大的技术实力。

英国的Plesey公司也是该领域的主要研究机构。

2、红外隐身材料

红外隐身材料作为热红外隐身材料中最重要的品种，因其坚固耐用、成本低廉、制造施工方便，且不受目标几何形状限制等优点一直受到各国的重视，是近年来发展最快的热隐身材料，如美国陆军装备研究司令部、英国BTRRLC公司材料系统部、澳大利亚国防科技组织的材料研究室、德国PUSHGUNTER和瑞典巴拉居达公司均已开发了第二代产品，有些可兼容红外、毫米波和可见光。

近年来美国等西方国家在探索新型颜料和粘接剂等领域作了大量工作。

新一代的热隐身涂料大多采用热红外透明度。

国内外目前研制的红外隐身材料主要有单一型和复合型两种。

单一型红外隐身材料

导电高聚物材料重量轻、材料组成可控性好且导电率变化范围大，因此作为单一红外隐身材料使用的前景十分乐观，但其加工较困难且价格相当昂贵，除聚苯胺外尚无商品生产。

E.R.Stein等人研究发现, 导电聚合物聚吡咯在1.0～2.0GHz对电磁波的衰减达26dB。

中科院化学所的万梅香等人研制的导电高聚物涂层材料，当涂层厚度在10～15μm时，一些导电高聚物在8～20μm的范围内的红外发射率可小于0.4。

复合型红外隐身材料

复合型红外隐身材料主要有涂料型隐身材料、多层隐身材料和夹芯材料。

3、纳米复合隐身材料

纳米材料的特性

表面效应。

纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面的原子占相当大的比例，随着粒径的减小，表面原子数量比迅速增加。

由于表面原子数量比增多，原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子具有高的活性，极不稳定，很容易与其他原子结合。

量子尺寸效应。

粒子尺寸下降到一定值时，费米能级附近的电子连续能级离散化，致使纳米材料具有高的光学非线性，特异的催化及光催化特性。

小尺寸效应。

当超细微粒的尺寸与光波波长或德布罗意波长及超导态的相干长度等物理尺寸特征相当或者更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，从而产生一系列的光学、热学、磁学和力学性质。

纳米复合隐身材料因为具有很高的对电磁波的吸收特性，已经引起了各国研究人员的极度重视，而与其相关的探索与研究工作也已经在多国展开。

尽管目前工程化研究仍然不成熟，实际应用未见报道，但其已成为隐身材料重点研究方向之一，今后的发展前景一片光明。

而其一旦应用于实际产品，也必将会对各国的政治、经济、军事等多方面产生巨大影响。

纳米材料最近非常火热，它能做到的不仅仅是隐身这一方面，在其他领域，一样有出色的表现。

总参某部博士生导师厉新光：

近年随着对纳米材料的开发，其特殊性能很快就引起了军事上的高度重视。

虽然目前纳米技术尚不成熟，但由于其具有明显的军事潜力，极大地刺激着人们寻求纳米技术在军事上的应用。

世界主要军事大国相继制定了军用纳米技术开发计划。

美国开发纳米技术的经费中有一半左右来自国防部系统；日本也认识到纳米技术在军事领域应用的长远潜力，建成了第一个分子装配器；欧洲有关纳米技术的一项军事研究计划已在法国一个实验室开始起步。

采用纳米技术，可使现有雷达在体积缩小的同时，其信息获取能力却极大提高；能够把超高分辨力的合成孔径雷达安放在卫星上，进行高精度对地侦察。

纳米技术还可以使武器表面变得更灵巧。

利用纳米材料作武器的蒙皮，可以察觉细微的外界刺激。

用纳米材料制造潜艇的蒙皮，可以灵敏地感觉水流、水温、水压等极细微的变化，并及时反馈给中央计算机，最大限度地降低噪声、节约能源；能根据水波的变化提前察觉来袭的敌方鱼雷，使潜艇及时规避。

用纳米材料做军用机器人的“皮肤”，可以使之具有比真人的皮肤还要灵敏的触感，从而能更有效地完成军事任务。

4、其它隐身材料

电路模拟隐身材料

该技术是在合适的基底材料上涂敷导电的薄窄条网络、十字形或更复杂的几何图形,或在复合材料内部埋入导电高分子材料形成电阻网络,实现阻抗匹配及损耗,从而实现高效电磁波吸收。

这种材料能在给定的体积范围内产生高于较简单类型吸波材料的性能。

但对每一种应用,都必须运用等效电路或二维周期介质论在计算机上进行特定的匹配设计,而且涉及计算比较麻烦。

红外隐身柔性材料

这种材料是指以织物为中心开发的各种红外隐身材料,常常以高性能纤维织物为基础。

红外隐身服

美国特立屈公司（TeledyncIndustriesInc）设计出一种红外隐身效果较好的隐身服，它由多层涂层织物复合加工而成。

基布采用多孔尼龙网，并在表面镀银，再在基布上粘贴具有不同红外发射率的布条，布条的一端可以自由飘动，同时控制布条表面涂层面积的大小和形状。

这种隐身服可以与背景保持一致，从而保证人体的红外特性难于被红外探测器探测到。

二、芳纶纤维

杜邦先进纤维系统公司生命防护小组的全球技术经理BruceBurkholder表示，现在的Kevlar对位芳纶纤维至少比31年前所测试的防弹背心中的纤维坚固50%。

聚对苯甲酰胺中的高定向长链具有牢固的链间化学键，使得Kevlar的强度比钢高5倍。

他补充说，KevlarComfortXLT是杜邦最新的以Kevlar为基础的弹道产品，与全芳纶防弹背心相比，它将防弹背心的重量减少了25%，同时也减少了背面的层压层数且降低了变形的可能。

Burkholder说，KevlarComfortXLT通过将纤维和织物结合接近了单向结构的性能，因此可以在经纬两个方向充分利用纤维强度。

这就使所有纱线交叉点分担的载荷达到了最大，同时又以更轻的重量保持了结构的稳定性，提高了弹道性能。

在今天的战争地区，最知名的一种车辆是坚固的高机动多用途轮式车辆（HMMWV或Humvee）。

这种2.4吨多用途卡车制造商AMGeneral公司的公共关系总监CraigMacNab确定，杜邦Kevlar和钢质装甲正被用于这种自1985年开始大量生产的轻型装甲Humvee。

继第一辆型号为M1114的“上部装甲的”Humvee推出之后，该公司已经生产出M1116、M1151、M1152和M1165几种型号。

这些车使用了多种材料，包括增强复合材料。

荷兰Arhem市的TeijinTwaron公司向全球供应Twaron对位芳纶纤维和纱，通过几次扩产，也已经在弹道制品和安全产品市场取得了发展。

该公司新一代的Twaron纤维TwaronCT含有50%以上的微丝，使得防弹背心具有了较高的弹性模量，而且重量比以前的Twaron纤维低23%。

在德国军用头盔中，TwaronCT比钢质头盔的弹道性能提高了100%。

美国装甲兵的Interceptor防弹背心目前是最先进的多功能个人装甲。

杜邦的Kevlar、Teijin的Twaron和DSM的Dyneema纤维都已被选定用于其增强型侧面防弹插板（ESBI）载体以及轻型武器防护插板（SAPI）和增强型轻型武器防护插板（ESAPI）组件中。

三、新型玻璃纤维和纳米防护材料

复合材料装甲的新型增强纤维正快速发展着。

位于美国维吉尼亚州Richmond市的杜邦先进纤维系统公司和Magellan系统国际公司发现了一种适用于M5的弹道纤维，这是一种复杂的聚亚苯基纤维化学品，Magella将其描述为“一种坚硬的棒状聚合物，具有双向氢键，可以产生三维蜂窝网络结构”。

香港科技大学的纳米技术研发是关于复合材料形式的多壁碳纤维管增强UHMWPE薄膜的研究。

研究发现，仅仅增加1%的纳米管，就可以大大提高薄膜强度和模量。

这种混合作用似乎还可以减少纺纱纤维中纳米管形成的结所导致的UHMWPE纤维损失。

美国北卡莱罗纳州NewBern市LifetekArmor公司总裁TerryNelson认为电子武器可能是下一代的战争威胁。

他说：

“纳米材料可以为这种武器提供装甲解决方案。

”

可以确定，在战火下的生死对决中，未来的装甲材料将包括增强复合材料，这种材料对于各种危险环境中的生命保护来讲是很重要的。

新型材料越来越多，各种复合材料，纳米材料等等，让人眼花缭乱，但我们都知道的是，材料改变着战争的进行方式，决定着人们的生活水平。

材料至关重要，希望我们国家在这方面不要落后于人，将最好的、最新的材料应用到国防科技中，保卫我们的的国家。