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金属基复合材料篇(一):复合材料的切削加工，这些参数太有价值了！
复合材料是由两种或两种以上的不同性能、不同状态的组分材料，通过复合工艺组合而成的一种多相材料。它既保留原组分材料主要特色，又通过复合效应获得原组分所不具备的性能。本文主要介绍了复合材料及其切削加工。
复合材料由基体相（环氧树脂、不饱和聚酯、呋喃树脂、聚酰亚胺、有机硅树脂及高性能热塑性树脂等）、增强相（玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、晶须及芳纶等）和界面相（聚合物基复合材料界面、金属基复合材料界面及陶瓷基复合材料界面等）组成。
1.复合材料的分类
（1）按增强体的几何形态分
①连续纤维增强复合材料，包括单向纤维、无纬布、二维织物、多向编织和混杂复合材料。
②短纤维复合材料，如晶须和无规则短纤维混合复合材料。
③颗粒增强复合材料，可分为弥散增强复合材料（粒径0.01～0.1μm）和粒子增强复合材料（粒径0.01～0.1μm）。
④薄片增强复合材料，其增强体为长与宽相近似的薄片。
（2）按增强纤维种类分
①玻璃纤维增强复合材料。
②有机纤维增强复合材料（芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维和高强度聚烯烃纤维等）。
③碳纤维复合材料。
④金属纤维复合材料（钨纤维、不锈钢丝等）。
⑤陶瓷纤维（氧化铝、碳化硅及碳化硼等纤维）。
（3）按基体材料分
①聚合物基复合材料PMC，有机聚合物（热固性和热塑性树脂及橡胶）。
②金属基复合材料MMG，如铝基、钛基和铜基复合材料。
③无机非金属复合材料CMC、陶瓷材料（玻璃、水泥和碳等）。
（4）按材料使用功能分
①结构复合材料，主要用作支撑结构使用
②功能复合材料，它具有某种物理化学特性，如声、光、电、热、磁、耐腐蚀、阻尼、摩擦或换能等。
2.聚合物基复合材料的性能特点
（1）比强度、比模量高（见附表）。
（2）耐疲劳性好，破损安全性高。大多金属材料的疲劳强度极限是拉伸强度的30%～50%，而碳纤维/环氧复合材料是70%～80%。而破损断裂不会像金属那样突然发生，在短期内不会失去承载能力。
（3）阻尼减振性好。吸收振动能量使振动阻尼很高。
（4）具有多功能性。瞬时耐高温、耐烧蚀好、电绝缘性、高频介电性好及良好的摩擦性能等。
（5）工艺性好。
3.金属基复合材料的性能特点
（1）高比强度和比模量，如碳纤维、硼纤维和碳化硅纤维等增强物，具有很高的强度和弹性模量。其强度可达3000～91000MPa，E=350000～450000，而密度只有1.85～3.4g/cm3。
（2）导热、导电性好。有的比纯金属高，如石墨、金刚石纤维。
（3）热膨胀系数小。当石墨纤维含量达48%时，它的线膨胀系数为零。
（4）优良的高温性能。耐热175～900℃。
（5）耐磨性能好。如汽车发动机、刹车盘及活塞等。
（6）良好的疲劳性能和断裂韧性。
（7）不吸潮、不老化且气密性好。
4.陶瓷基复合材料的性能特点
它具有熔点高、密度低、抗氧化、抗腐蚀、耐高温及耐磨损等特点。它的使用温度可达1000～2000℃。
5.复合材料在航天航空工业中的应用
主要用于固体火箭发动机燃烧室绝热壳体结构，导弹运载火箭的间段结构、液氢储箱结构、仪表舱结构、导弹和卫星整流罩结构，导弹防热材料以及卫星各种结构（碳纤维复合材料为代表的ACM先进复合材料）。
在其他方面，如交通、建筑、造船、防腐、电子、军械、体育和农业及机械制造等领域。
6.复合材料的切削加工
由于复合材料的比强度、比弹性模量比金属高许多倍，它的导热系数为金属的几十、几百分之一，它含有SiO2、碳化硅、碳化硼及陶瓷等高硬度的纤维或颗粒，加剧了刀具的磨损，加上树脂较软耐热性差一些，切削速度高了易产生糊状。所以要求刀具材料和刀具几何参数相对合理，既要耐磨、锋利，又要散热条件好，才能有效地切断纤维，达到合理的刀具寿命。
（1）刀具材料。①硬质合金：YG类添加TaC或NbC超细颗粒硬质合金。②PCD和CVD刀具：它的硬度是硬质合金的4～6倍，有很高的耐磨性（是硬质合金的几百倍），由于它耐磨，可以保持锋利的刃口，有效地切断纤维，所以加工质量好。③PCBN刀具：它的硬度可达9000HV，耐磨也极高。
（2）刀具几何参数。γ0=0°～5°，α0=10°～15°，κr=30°～60°，rε=0.4～1.2mm；螺纹刀具γp=15°～20°；钻头2φ=60°～80°。
（3）切削用量。高速钢刀具Vc=10～15m/min，硬质合金刀具Vc=40～80m/min，PCD、CVD、PCBN刀具Vc=150～200m/min，f、ap无特殊要求。
（4）切削液。最好不使用切削液。
作者：北京南口轨道交通机械有限责任公司 郑文虎 李秋彤
金属基复合材料篇(二):水下航行体用复合材料的发展
1、 概述 复合材料科学的进展正在不断地拓展产品设计师们的选材范围，同时也在不断地改变产品设计及加工的传统概念，从而各种具有优异特性的产品不断问世。在过去的20多年中，航空界出现了一个引人注目的重大进展，在飞机结构中用复合材料代替金属材料。复合材料具有高比强、高比模、耐高温、韧性好、抗腐蚀与耐磨损等特性，已广泛应用于空间飞行器、舰(潜)艇、水下航行体(鱼雷、诱饵、侦察器、
靶雷、反鱼雷鱼雷)、导弹、民用客机等各种军民用产品上。近年来，纳米科技使得复合材料突飞猛进的发展，各种先进的特殊材料层出不穷，诸如石墨／芳纶混杂复合材料、耐高温的碳／碳复合材料、抗拉强度为钢丝强度l0倍以上的高强度聚乙烯、强度比钢高100倍，密度仅为钢的1／6，导电性能超过铜的碳纳米管、以及电阻只存在于导线末端的接头的科学发现及纳米科技将可能使氢成为第一种室温超导材料等。
复合材料在制备过程中可较容易地控制其结构，使得材料科学家们梦寐以求的材料设计成为可能，即可根据所需的性能，确定材料的组成与结构，然后选用适当的方法将它制备出来。因此，采用复合材料设计制造的产品不仅性能优异，而且质轻物美。本文着重论述水下航行体用复合材料及发展，并初步探讨其在应用上的优缺点及其可能存在的问题。
2、 水下航行体基本特点及所用复合材料
2．1 水下航行体基本特点
水下航行体主要指军事目的的不载人的水下运载器，包括鱼雷、诱饵、侦察器、靶雷、反鱼雷鱼雷。它的携带者主要是舰艇、潜艇及飞机。它一般由三大部分组成，即由动力系统、制导系统及总体系统组成。随着水下航行体向高速、远航程、大航深方向发展和水声对抗技术的不断更新换代，这势必要求水下航行体除具有性能卓越的动力推进系统外，水下航行体还必须具有隐形、重量轻、造价低廉等特点。
要满足水下航行体的特殊要求，采用先进复合材料及相应的设计与制造方法来研制水下航行体是最佳选择。当今材料科学的进展已出现了许多可用于现代或未来水下航行体的先进复合材料，而更多的尚处于研发中。
水下航行体根据其组成系统功能要求，对复合材料的性能及设计与使用方法也有较大差异。水下航行体用的复合材料根据使用方法分为两类，① 在市场上购买到的复合材料，这类复合材料可以在用户方任其加工成所需产品。在成品过程中无复合过程，产品的材料性能与原材料相比无根本性改变；②用户方根据特殊要求购买具有一定性能的两种以上材料，加工成型产品，在成品过程中具有复合过程但不发生化学反应，产品的材料性能与原材料相比是混合的，这里将它定义为过程复合材料。过程复合材料所使用的原材料可以是复合材料，也可以是普通材料，水下航行体所用的复合材料中有大部分属于过程复合材料。
2．2 水下航行体用复合材料
复合材料在船舶上的应用进展很快。英国、日本、瑞士、芬兰等国家采用纤维增强塑料(FRP)制造探矿船，其长度达50m以上。美国制造出37m长的快艇和游艇。意大利Intermarine SPA为加蓬海军建造了“Ngolo”高速巡逻艇和诸如潜艇驾驶指挥台、军舰声纳圆盖等。复合材料在导弹、发射装置等方面也已应用。例如，美国的舰用战术导弹，包括反潜的阿斯洛克，其发射用的弹筒均使用石墨／环氧树脂。与MK46鱼雷配套的MK24鱼雷发射装置是由玻璃／环氧树脂制造的，MK46鱼雷的螺旋桨是尼龙制造的。
世界各国海军普遍使用的美国MK32型三联装鱼雷发射装置，包括英国、日本等国的同类型鱼雷发射装置，其发射管管体都采用FRP制造，而聚胺醇类复合橡胶材料被用于潜艇消声。国内在这方面的应用也基本相同。实际上材料科学的发展已经用复合材料逐步取代传统的钢铁或大量合金结构材料。水下航行体壳体使用钢铁的局面已经一去
不复返，当前主要是铝合金及纤维增强复合材料，而靶雷及操雷这类水下航行体已完全可以采用纤维增强复合材料。
2．2．1 水下航行体壳体
水下航行体壳体的设计应用基于强度／重量和刚度／重量性能，但是这不是唯一的判据。对于各种结构形式，可以计算出材料效率或“价值指标”，因而选用何种复合材料合适，要看结构的细节而定。水下航行体壳体的材料不仅应具有高比强、高比模等特性，而且其价格也应低廉。传统概念上的金属、铝合金、钛合金相对先进复合材料而言，都不具有明显的优势。倒如，前苏联用于制造核潜艇艇体的钛合金用于水下航行体壳体，虽可适于深潜航行，但钛合金比重大，约为铜的1／2，且价格昂贵。它不适用于一次性使用的作战水下航行体。
目前，可用于水下航行体壳体的低密度先进复合材料有硼／铝复合材料，其性能已超过现代水下航行体所用的铝合金。靶雷及操雷采用玻璃钢、碳纤维增强复合材料、硼／环氧树脂、芳纶／环氧树脂等。所有的水下航行体头部都采用复合橡胶材料，其内部结构件大都采用非金属复合材料。先进复合材料的比重较小，这可以通过降低水下航行体的重量相对地降低航行能耗，有利于增加航程。
在动力系统方面采用炭黑／聚四氟乙烯复合材料作为电池的极板，用活性碳纤维制造双层容器式电池，用复合材料制造电机炭刷等都有好效果。国内的经验表明，电机正反转动轴联轴件只有采用复合材料才能得到满意的效果。在电机研制中，用稀土复合材料制造永磁电机，其比功率较好。尽管它已得到实际应用，但其技术还处于进一步开发中。
2．2．2 水下隐形航行体
复合材料为降低水下航行体的噪声创造了条件，从而能达到隐形的目的。其主要通过以下途径来实现隐形:
(1)降低水下航行体噪声。水下航行体噪声主要是来自动力系统、螺旋桨和水下航行体表面的流动。要降低水下航行体噪声，必须合理设计水下航行体的内外结构，合理选用各部分材料。水下航行体传动装置采用高比强、高比模的先进复合材料能有效降低全雷的振动，从而降低噪声。例如先进的石墨一芳纶混杂复合材料用于水下航行体的推进轴，碳磺复合材料用于热动力水下航行体的耐高温部件，也有采用陶瓷复合材料的。水下航行体螺旋桨采用石墨／环氧树脂或石墨／芳纶混杂复合材料可有效降低噪声。国内的有关研究表明，采用这类复合材料可降低噪声达每个空泡10分贝以上。
(2)降低水下航行体阻力。水下航行体航行过程中所受的阻力主要为形状阻力及水下航行体与水的摩擦阻力。前者可以通过合理的外形设计来降低，后者则可通过采用降阻材料来实现，这类材料有人造海豚皮、聚丙烯酰胺等。通过降阻，同时也降低了水下航行体表明的流动噪声，且提高了航速。
(3)降低水下航行体的主动声反射能力。水下航行体壳体采用先进的复合材料可吸收主动声纳对水下航行体的探测信号，从而降低了水下航行体的声反射能力。
(4)抑制磁异常变化复合材料都系低磁或无磁性材料，用于水下航行体壳体，磁异常探测仪就探测不到水下航行体，从而达到另外途径隐形的目的。
2．2．3 制导系统用复合材料
水下航行体制导系统用复合材料主要应具有导电、绝缘、柔韧等特性。目前主要应用于水下航行体头部、线控系统放线装置、制导专用导线或光纤、加固型复合材料电路板等。水下航行体头部用的复合材料主要是金属基橡胶及陶瓷复合材料。其功能是满足水声主／被动自导声学基阵工作性能要求，也要符合声成像技术对材料的要求。这种复合材料成型工艺较特殊，归属于过程复合材料范畴。导电复合材料主要应用在线控系统放线装置线团的绕制。这种材料一般由炭黑粉、磁粉按一定比例混合后进行加温处理，再按一定比例加入液态油状物配制而成。它具有导电性能好，粘结力持久而不强，长期存放不
会干固，耐海水浸蚀等特点。其成品工艺特殊，归属于过程复合材料范畴。水下航行体制导专用导线用的材料主要应具有比重小、强度高的特点。此外，芯线要求导电性能好，覆层材料要求绝缘性能及耐磨
性能俱佳。在这方面，俄罗斯研制的专用导线最典型，其专用线缆是由4种不同材料复合成的，有的采用了6种不同材料复合而成。在专用光纤方面，芯线采用石英或塑料，包层材料大多采用芳纶等高比强材料，为了解决传输问题有时采用掺铒光纤及光纤表面涂钛以实现其柔韧性要求。
2．3 存在的技术问题
先进复合材料在水下航行体上的应用将改变传统的机械设计与加工的概念。尽管复合材料比金属或合金材料容易制造出形状复杂的结构件，且其在飞机结构中已得到广泛应用，但应用于水下航行体结构的设计与钳造时，将会遇到以下两方面的问题。
2．3．1设计方面
由于复合材料是由纤维与基体复合而成，其性能具有一定的方向性，在设计时必须考虑这一特点。值得注意的是相同组分的复合材料，由于结构设计问题会导致不同的效果，因此在设计中应将其最优性能与构件的受力状态作综合分析，进行优化设计以求最佳效果。此外，复合材料结构件中若需要嵌入必要的金属件，如何将其二者有机地“胶接”在一起而不影响局部受力状态，这些都是有待研究的问题。
2．3．2 加工方面
对于已成型的复合材料结构件，其表面一般不需要再进行机城加工，但有时也需进行必要的加工处理，如钻孔、开槽等。在进行钻孔、切割后，构件局部强度可能会降低，有时需要进行修补。另一方面，一般的钻头、刀具难以加工复合材料，如石墨／环氧树脂，一般都需要碳化钨刀具才能进行加工；硼纤维复合材料只有用金刚石刀具才能勉强进行机械加工；而芳纶的复合材料更是难予进行机械加工。因此，对于先进复合材料的机械加工，目前正在研究采用敷光、高压水、超声波技术等先进工艺设备。
RTM成型工艺技术也是解决问题的途径之一，它是当今世界纤维增强复合材料工业中发展速度最快的成型工艺技术之一，属于复合材料的液体成型技术范畴。其基本方法是在设计好的模具中铺置经合理设计、剪裁或经过机械化预成型的增强材料，闭模后注入定量树脂，待树脂固化脱模后即可得到所期望的产品。总之正像复合材料科学一样，复合材料的应用、设计方法、加工工艺、工装设备等都在不断地发展，现在看来存在的问题不久的将来就会变得相当容易。
3、 水下航行体用复合材料的发展
复合材料是高性能结构材料发展的重要趋势。先进复合材料已成为新材料的一个重要组成部分。它的发展已从早期的树脂基非金属纤维复合材料(纤维增强塑料)进展到金属基非金属纤维复合材料、晶须复合材料、混杂复合材料等。目前，晶须复合材料已得到极大的发展，由各种低密度的晶须嵌在合适的基体中制成的复合材料具有极高的强度与高模量。此外，利用一种材料所需的性能来克服另一种材料的缺点的混杂复合材料也得到较大的发展。例如芳纶一石墨混杂，其中石墨提供了芳纶欠缺的压缩强度，而芳纶起了降低成本的作用。混杂
复合材料对抗弹击的冲击特性也有较大的改进。石墨与芳纶的混杂复合材料，不仅具有不锈蚀的特性，耐磨性能也十分优异。总之，先进复合材料的特性是已知的金属或非金属材料所不能相比的。
在国内，复合材料的研究已取得较大的进展，并有部分成果应用于专用电线电缆、光纤光缆作加强材料等。水下航行体用复合材料的发展与材料科学的发展是一致的，但由于其应用特点，主要围绕水下航行体总体结构、动力系统及制导系统三方面应用而发展。其发展趋势主要有以下几方面。
3．1 金属基复合材料
水下航行体壳体结构材料的发展主要是针对其攻击目标潜艇的航行深度。目前潜艇的航行深度为1000m左右。以后将会发展到2000m甚至更深。在水下航行体的结构已定时，极限航行深度与壳体材料的屈服强度和壳体厚度的乘积成正比。由于水下航行体结构要求高，合金类材料都面临应力腐蚀的威胁。用其作壳体时的设计计算不能简单地利用材料力学公式，它已属于断裂力学的范畴。因此，水下航行体的壳体结构材料除要求具有高比强外，高的断裂韧性也是一个重要指标。材料的断裂韧性与其比重之比即比韧性也是必须考虑的参数。满足这种特殊要求的材料以钛合金或钛系复合材料为好，主要问题是价格太高。实际上，SiC—AL复合材料完全可以取代钛，并可减重40％左右。这种材料已用于战术导弹上。随着复合材料及其应用技术的发
展，碳纤维．铝系、碳纤维-钛系和硼铝复合材料都有可能成为水下航行体较好的结构材料。此外，树脂类复合材料的发展不可低估，耐热性能达到2500℃的主链式聚酰亚胺的问世已改变了此类材料不耐高温的形象，而一般工作深度的水下航行体如靶雷等采用玻璃钢或碳纤维增强复合材料就足够了，这类材料的发展潜力是很大的。
3．2 高分子复合材料
对于线控水下航行体用的专用光纤，石英光纤刚性太强不能弯折的缺点较难满足要求。因此，各国都在开发塑料及橡胶等高分子复合材料光纤。日本用丙烯透明橡胶研制成一种柔软性与拉伸弹性较好的光纤。美国用聚碳酸酯作芯纤，再加上特殊涂覆层材料，开发出聚合物复合材料光纤。用通用塑料研制光纤，成品机械性能及耐环境性能较好，并可降低成本。如采用聚甲基丙烯酸甲酯作原料，价格仅为玻璃纤维的三分之一。高分子复合材料研制专用光纤是发展的总趋势，而线控水下航行体采用光纤进行目标识别声成像信息的传输是必然的技术途径。光纤制导、声成像，再加上光纤陀螺与光计算机将导致全光制导水下航行体的诞生。
降阻材料的应用是提高水下航行体航速的技术途径之一。目前降阻效果比较理想的降阻材料是聚氧化乙烯和聚丙烯酰胺。使用这两种高分子降阻材料，其涂覆层很薄就可达到较好的降阻效果。我国研制的237号高分子降阻材料，在接触高速流后效果好且稳定。这类材料应具备三方面条件：高分子量、长链结构及易溶于水。高分子量薄膜涂覆降阻材料及高分子丙烯酸聚合物的人造海豚皮是未来降阻材料的发展趋势。
高分子复合材料的发展将导致仿生物材料的出现，采用这类材料将研制出水下航行体用的生物电池。据资料介绍，海洋中带电的鱼有500多种，有的能发出700伏特的电。如果水下航行体上也遍布这种生物电池，其重要性是不可言喻的。目前，已有科学家在从事这类生物电池的研究。
未来的技术将使人们进行分子设计从而研制出新材料成为可能。例如，新型塑料、化纤与橡胶制品的“高分子设计合成”。这势必导致这类材料能够满足特殊功能的要求，其应用范围将会更加广阔。
3．3 超导复台材料
超导复合材料是水下航行体动力系统发展最理想的选择。采用超导复合材料研制的电力推进系统具有体积小、重量轻、效率高(达98％ 以上)、功率大、噪音小、高航速、航程远、工作深度不受限制等特点。在水下航行体超导推进系统中，最关键的是复合超导线的问题。这种线由高级铜和超导材料制成。它的外层是特种高级铜，在其内部嵌入大量极细的超导纤维材料。单根超导丝的直径有多种，一般在0．5um左右，未来将制成纳米级线材。采用这种材料，在较小的空问内能容纳产生几十万高斯的超导线圈。此外，铌钛超导线、钇一钡一氧化铜等超导复合材料也在不断发展。尽管超导技术的应用目前还有很多问题，但随着未来超导材料技术的发展，超导动力推进系统在水下航行体上的应用大有前途。
3．4 纳米复合材料
传统的复合材料往往是宏观复合，把作为基体和分散相的两种或两种以上材料用适当的方法复合在一起。这种方法制备的复合材料性能通常为原材料性能的加和，即遵循混合定律，而纳米复合材料不再遵循混合定律。它是纳米尺度内，通过对物质反应、传输和转变的控制来实现创造复合新的材料和充分利用它们的特殊的性能。它是指把组成相或晶粒结构控制在100纳米(nm)以下的长度尺寸的复合材料。
纳米材料与由粗晶粒组成的传统材料相比表现出前所未有的特性。1991年研究者又发现了碳纳米管。它是一种二维材料，直径只有几个纳米，而强度比钢高100倍，密度仅为钢的1／6，其导电性能超过铜，将成为纳米级电子线路材料。2001年初，日本理化研究所科学家青野正和等使用有机高分子材料研制出3纳米宽的导线(导体部分为1纳米)，大大突破了现在半导体加工技术的极限线宽100纳米。纳米科技有可能导致室温超导材料的诞生。国内研制成功的纳米聚乙烯、纳米尼龙等已经得到应用，纳米聚乙烯在线控水下航行体专用线缆上的应用研究取得一定的进展。近年来，纳米成果新进展体现在这些方面：无电阻的量子导线、可装配在针头上的纳米激光器、可俘获光的光子芯片(或晶体)、可卷起来的计算机、纳米塑料、碳纳米管显示器；在军事方面将出现在战场上的纳米级武器主要有：纳米飞机、纳米卫星、纳米间谍、纳米“间谍草”、纳米电子攻击器、纳米攻击机器人、“苍蝇炸弹”、蜜蜂背上的微型雷达、能避开子弹的纳米战斗服、纳米炸药、超微型火箭、uEus(微型电子机械系统或微型机电系统)、纳米线导鱼雷等水下航行体。纳米科技是21世纪的高新科技，其日新月异的发展速度正在以一种势不可挡的态势引导各种需求朝纳米化方向发展。纳米科技的发展必将引起水下航行体的新的技术革命。
金属基复合材料篇(三):成也材料，胜也材料之军工新材料
1前言新材料，又称先进材料（Advanced Materials），是指新近研究成功的和正在研制中的具有优异特性和功能，能满足高技术需求的新型材料。人类历史的发展表明，材料是社会发展的物质基础和先导，而新材料则是社会进步的里程碑。
材料技术一直是世界各国科技发展规划之中的一个十分重要的领域，它与信息技术、生物技术、能源技术一起，被公认为是当今社会及今后相当长时间内总揽人类全局的高技术。材料高技术还是支撑当今人类文明的现代工业关键技术，也是一个国家国防力量最重要的物质基础。国防工业往往是新材料技术成果的优先使用者，新材料技术的研究和开发对国防工业和武器装备的发展起着决定性的作用。
2军用新材料的战略意义
军用新材料是新一代武器装备的物质基础，也是当今世界军事领域的关键技术。而军用新材料技术则是用于军事领域的新材料技术，是现代精良武器装备的关键，是军用高技术的重要组成部分。世界各国对军用新材料技术的发展给予了高度重视，加速发展军用新材料技术是保持军事领先的重要前提。
3军用新材料的现状与发展
军用新材料按其用途可分为结构材料和功能材料两大类，主要应用于航空工业、航天工业、兵器工业和船舰工业中。
军用结构材料铝合金
铝合金一直是军事工业中应用最广泛的金属结构材料。铝合金具有密度低、强度高、加工性能好等特点，作为结构材料，因其加工性能优良，可制成各种截面的型材、管材、高筋板材等，以充分发挥材料的潜力，提高构件刚、强度。所以，铝合金是武器轻量化首选的轻质结构材料。
铝合金在航空工业中主要用于制造飞机的蒙皮、隔框、长梁和珩条等；在航天工业中，铝合金是运载火箭和宇宙飞行器结构件的重要材料，在兵器领域，铝合金已成功地用于步兵战车和装甲运输车上，最近研制的榴弹炮炮架也大量采用了新型铝合金材料。
近年来，铝合金在航空航天业中的用量有所减少，但它仍是军事工业中主要的结构材料之一。铝合金的发展趋势是追求高纯、高强、高韧和耐高温，在军事工业中应用的铝合金主要有铝锂合金、铝铜合金（2000系列）和铝锌镁合金（7000系列）。
新型铝锂合金应用于航空工业中，预测飞机重量将下降8~15%；铝锂合金同样也将成为航天飞行器和薄壁导弹壳体的候选结构材料。随着航空航天业的迅速发展，铝锂合金的研究重点仍然是解决厚度方向的韧性差和降低成本的问题。
钛合金
钛合金具有较高的抗拉强度（441~1470兆帕），较低的密度（4.5g/cm3），优良的抗腐蚀性能和在300~550oC温度下有一定的高温持久强度和很好的低温冲击韧性，是一种理想的轻质结构材料。钛合金具有超塑性的功能特点，采用超塑成形－扩散连接技术，可以以很少的能量消耗和材料消耗将合金制成形状复杂和尺寸精密的制品。
钛合金在航空工业中的应用主要是制作飞机的机身结构件、起落架、支撑梁、发动机压气机盘、叶片和接头等；在航天工业中，钛合金主要用来制作承力构件、框架、气瓶、压力容器、涡轮泵壳、固体火箭发动机壳体及喷管等零部件。50年代初，在一些军用飞机上开始使用工业纯钛制造后机身的隔热板、机尾罩、减速板等结构件；60年代，钛合金在飞机结构上的应用扩大到襟翼滑轧、承力隔框、起落架梁等主要受力结构中；70年代以来，钛合金在军用飞机和发动机中的用量迅速增加，从战斗机扩大到军用大型轰炸机和运输机，它在F14和F15飞机上的用量占结构重量的25%，在F100和TF39发动机上的用量分别达到25%和33%；80年代以后，钛合金材料和工艺技术达到了进一步发展，一架B1B飞机需要90402公斤钛材。现有的航空航天用钛合金中，应用最广泛的是多用途的a+b型Ti-6Al-4V合金。近年来，西方和俄罗斯相继研究出两种新型钛合金，它们分别是高强高韧可焊及成形性良好的钛合金和高温高强阻燃钛合金，这两种先进钛合金在未来的航空航天业中具有良好的应用前景。
随着现代战争的发展，陆军部队需求具有威力大、射程远、精度高、有快速反应能力的多功能的先进加榴炮系统。先进加榴炮系统的关键技术之一是新材料技术。自行火炮炮塔、构件、轻金属装甲车用材料的轻量化是武器发展的必然趋势。在保证动态与防护的前提下，钛合金在陆军武器上有着广泛的应用。155火炮制退器采用钛合金后不仅可以减轻重量，还可以减少火炮身管因重力引起的变形，有效地提高了射击精度；在主战坦克及直升机－反坦克多用途导弹上的一些形状复杂的构件可用钛合金制造，这既能满足产品的性能要求又可减少部件的加工费用。
在过去相当长的时间里，钛合金由于制造成本昂贵，应用受到了极大的限制。近年来，世界各国正在积极开发低成本的钛合金，在降低成本的同时，还要提高钛合金的性能。在我国，钛合金的制造成本还比较高，随着钛合金用量的逐渐增大，寻求较低的制造成本是发展钛合金的必然趋势。
复合材料
先进复合材料是比通用复合材料有更高综合性能的新型材料，它包括树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料和碳基复合材料等，它在军事工业的发展中起着举足轻重的作用。先进复合材料具有高的比强度、高的比模量、耐烧蚀、抗侵蚀、抗核、抗粒子云、透波、吸波、隐身、抗高速撞击等一系列优点，是国防工业发展中最重要的一类工程材料。
树脂基复合材料
树脂基复合材料具有良好的成形工艺性、高的比强度、高的比模量、低的密度、抗疲劳性、减震性、耐化学腐蚀性、良好的介电性能、较低的热导率等特点，广泛应用于军事工业中。树脂基复合材料可分为热固性和热塑性两类。热固性树脂基复合材料是以各种热固性树脂为基体，加入各种增强纤维复合而成的一类复合材料；而热塑性树脂则是一类线性高分子化合物，它可以溶解在溶剂中，也可以在加热时软化和熔融变成粘性液体，冷却后硬化成为固体。树脂基复合材料具有优异的综合性能，制备工艺容易实现，原料丰富。在航空工业中，树脂基复合材料用于制造飞机机翼、机身、鸭翼、平尾和发动机外涵道；在航天领域，树脂基复合材料不仅是方向舵、雷达、进气道的重要材料，而且可以制造固体火箭发动机燃烧室的绝热壳体，也可用作发动机喷管的烧蚀防热材料。近年来研制的新型氰酸树脂复合材料具有耐湿性强，微波介电性能佳，尺寸稳定性好等优点，广泛用于制作宇航结构件、飞机的主次承力结构件和雷达天线罩。
金属基复合材料
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，而增强材料一般可分为纤维、颗粒和晶须三类，其中颗粒增强铝基复合材料已进入型号验证，如用于F－16战斗机作为腹鳍代替铝合金，其刚度和寿命大幅度提高。碳纤维增强铝、镁基复合材料在具有高比强度的同时，还有接近于零的热膨胀系数和良好的尺寸稳定性，成功地用于制作人造卫星支架、L频带平面天线、空间望远镜、人造卫星抛物面天线等；碳化硅颗粒增强铝基复合材料具有良好的高温性能和抗磨损的特点，可用于制作火箭、导弹构件，红外及激光制导系统构件，精密航空电子器件等；碳化硅纤维增强钛基复合材料具有良好的耐高温和抗氧化性能，是高推重比发动机的理想结构材料，目前已进入先进发动机的试车阶段。在兵器工业领域，金属基复合材料可用于大口径尾翼稳定脱壳穿甲弹弹托，反直升机 / 反坦克多用途导弹固体发动机壳体等零部件，以此来减轻战斗部重量，提高作战能力。
陶瓷基复合材料
陶瓷基复合材料是以纤维、晶须或颗粒为增强体，与陶瓷基体通过一定的复合工艺结合在一起组成的材料的总称，由此可见，陶瓷基复合材料是在陶瓷基体中引入第二相组元构成的多相材料，它克服了陶瓷材料固有的脆性，已成为当前材料科学研究中最为活跃的一个方面。陶瓷基复合材料具有密度低、比强度高、热机械性能和抗热震冲击性能好的特点，是未来军事工业发展的关键支撑材料之一。陶瓷材料的高温性能虽好，但其脆性大。改善陶瓷材料脆性的方法包括相变增韧、微裂纹增韧、弥散金属增韧和连续纤维增韧等。陶瓷基复合材料主要用于制作飞机燃气涡轮发动机喷嘴阀，它在提高发动机的推重比和降低燃料消耗方面具有重要的作用。
碳－碳复材料
碳－碳复合材料是由碳纤维增强剂与碳基体组成的复合材料。碳－碳复合材料具有比强度高、抗热震性好、耐烧蚀性强、性能可设计等一系列优点。碳－碳复合材料的发展是和航空航天技术所提出的苛刻要求紧密相关。80年代以来，碳－碳复合材料的研究进入了提高性能和扩大应用的阶段。在军事工业中，碳－碳复合材料最引人注目的应用是航天飞机的抗氧化碳－碳鼻锥帽和机翼前缘，用量最大的碳－碳产品是超音速飞机的刹车片。碳－碳复合材料在宇航方面主要用作烧蚀材料和热结构材料，具体而言，它是用作洲际导弹弹头的鼻锥帽、固体火箭喷管和航天飞机的机翼前缘。目前先进的碳－碳喷管材料密度为1.87~1.97克/厘米3，环向拉伸强度为75~115兆帕。近期研制的远程洲际导弹端头帽几乎都采用了碳－碳复合材料。
随着现代航空技术的发展，飞机装载质量不断增加，飞行着陆速度不断提高，对飞机的紧急制动提出了更高的要求。碳－碳复合材料质量轻、耐高温、吸收能量大、摩擦性能好，用它制作刹车片广泛用于高速军用飞机中。
超高强度钢和先进高温合金
超高强度钢是屈服强度和抗拉强度分别超过1200兆帕和1400兆帕的钢，它是为了满足飞机结构上要求高比强度的材料而研究和开发的。超高强度钢大量用于制造火箭发射压容器和一些常规武器。由于钛合金和复合材料在飞机上应用的扩大，钢在飞机上用量有所减少，但是飞机上的关键承力构件仍采用超高强度钢制造。目前，在国际上有代表性的低合金超高强度钢300M，是典型的飞机起落架用钢。此外，低合金超高强度钢D6AC是典型的固体火箭发动机壳体材料。超高强度钢的发展趋势是在保证超高强度的同时，不断提高韧性和抗应力腐蚀能力。
高温合金是航空航天动力系统的关键材料。高温合金是在600~1200oC高温下能承受一定应力并具有抗氧化和抗腐蚀能力的合金，它是航空航天发动机涡轮盘的首选材料。按照基体组元的不同，高温合金分为铁基、镍基和钴基三大类。发动机涡轮盘在60 年代前一直是用锻造高温合金制造，典型的牌号有A286和Inconel 718。70年代，美国GE公司采用快速凝固粉末Rene95合金制作了CFM56发动机涡轮盘，大大增加了它的推重比，使用温度显著提高。从此，粉末冶金涡轮盘得以迅速发展。最近美国采用喷射沉积快速凝固工艺制造的高温合金涡轮盘，与粉末高温合金相比，工序简单，成本降低，具有良好的锻造加工性能，是一种有极大发展潜力的制备技术。
钨合金
钨的熔点在金属中最高，其突出的优点是高熔点带来材料良好的高温强度与耐蚀性，在军事工业特别是武器制造方面表现出了优异的特性。在兵器工业中它主要用于制作各种穿甲弹的战斗部。钨合金通过粉末预处理技术和大变形强化技术，细化了材料的晶粒，拉长了晶粒的取向，以此提高材料的强韧性和侵彻威力。我国研制的主战坦克125Ⅱ型穿甲弹钨芯材料为W-Ni-Fe，采用变密度压坯烧结工艺，平均性能达到抗拉强度1200兆帕，延伸率为15%以上，战技指标为2000米距离击穿600毫米厚均质钢装甲。目前钨合金广泛应用于主战坦克大长径比穿甲弹、中小口径防空穿甲弹和超高速动能穿甲弹用弹芯材料，这使各种穿甲弹具有更为强大的击穿威力。
金属间化合物
金属间化合物具有长程有序的超点阵结构，保持很强的金属键结合，使它们具有许多特殊的理化性质和力学性能。金属间化合物具有优异的热强性，近年来已成为国内外积极研究的重要的新型高温结构材料。在军事工业中，金属间化合物已被用于制造承受热负荷的零部件上，如美国普奥公司制造了JT90燃气涡轮发动机叶片，美国空军用钛铝制造小型飞机发动机转子叶片等，俄罗斯用钛铝金属间化合物代替耐热合金作活塞顶，大幅度地提高了发动机的性能。在兵器工业领域，坦克发动机增压器涡轮材料为K18镍基高温合金，因其比重大、起动惯量大而影响了坦克的加速性能，应用钛铝金属间化合物及其由氧化铝、碳化硅纤维增强的复合轻质耐热新材料，可以大大改善坦克的起动性能，提高战场上的生存能力。此外，金属间化合物还可用于多种耐热部件，减轻重量，提高可靠性与战技指标。
结构陶瓷
陶瓷材料是当今世界上发展最快的高技术材料，它已经由单相陶瓷发展到多相复合陶瓷。结构陶瓷材料因其耐高温、低密度、耐磨损及低的热膨胀系数等诸多优异性能，在军事工业中有着良好的应用前景。
近年来，国内外对军用发动机用结构陶瓷进行了内容广泛的研究工作，如发动机增压器小型涡轮已经实用化；美国将陶瓷板镶嵌在活塞顶部，使活塞的使用寿命大幅度提高，同时也提高了发动机的热效率。德国在排气口镶嵌陶瓷构件，提高了排气口的使用效能。国外红外热成像仪上的微型斯特林制冷机活塞套和气缸套用陶瓷材料制造，其寿命长达2000小时；导弹用陀螺仪的动力靠火药燃气供给，但燃气中的火药残渣对陀螺仪有严重损伤，为消除燃气中的残渣并提高导弹的命中精度，需研究适于导弹火药气体在2000oC下工作的陶瓷过滤材料。在兵器工业领域，结构陶瓷广泛应用于主战坦克发动机增压器涡轮、活塞顶、排气口镶嵌块等，是新型武器装备的关键材料。目前，20~30毫米口径机关枪的射频要求达到1200发/分以上，这使炮管的烧蚀极为严重。利用陶瓷的高熔点和高温化学稳定性能有效地抑制了严重的炮管烧蚀，陶瓷材料具有高的抗压和抗蠕变特性，通过合理设计，使陶瓷材料保持三向压缩状态，克服其脆性，保证陶瓷衬管的安全使用。
军用功能材料光电功能材料
光电功能材料是指在光电子技术中使用的材料，它能将光电结合的信息传输与处理，是现代信息科技的重要组成部分。光电功能材料在军事工业中有着广泛的应用。碲镉汞、锑化铟是红外探测器的重要材料；硫化锌、硒化锌、砷化镓主要用于制作飞行器、导弹以及地面武器装备红外探测系统的窗口、头罩、整流罩等。氟化镁具有较高的透过率、较强的抗雨蚀、抗冲刷能力，它是较好的红外透射材料。激光晶体和激光玻璃是高功率和高能量固体激光器的材料，典型的激光材料有红宝石晶体、掺钕钇铝石榴石、半导体激光材料等。
贮氢材料
某些过渡簇金属，合金和金属间化合物，由于其特殊的晶格结构的原因，氢原子比较容易透入金属晶格的四面体或八面体间隙位中，形成了金属氢化物，这种材料称为贮氢材料。
在兵器工业中，坦克车辆使用的铅酸蓄电池因容量低、自放电率高而需经常充电，此时维护和搬运十分不便。放电输出功率容易受电池寿命、充电状态和温度的影响，在寒冷的气候条件下，坦克车辆起动速度会显著减慢，甚至不能起动，这样就会影响坦克的作战能力。贮氢合金蓄电池具有能量密度高、耐过充、抗震、低温性能好、寿命长等优点，在未来主战坦克蓄电池发展过程中具有广阔的应用前景。
阻尼减震材料
阻尼是指一个自由振动的固体即使与外界完全隔离，它的机械性能也会转变为热能的现象。采用高阻尼功能材料的目的是减震降噪。因此阻尼减震材料在军事工业中具有十分重要的意义。
国外金属阻尼材料的应用主要集中在船舶、航空、航天等工业部门。美国海军已采用Mn-Cu高阻尼合金制造潜艇螺旋桨，取得了明显的减震效果。在西方，阻尼材料及技术在武器上的应用研究工作受到了极大的关注，一些发达国家专门成立了阻尼材料在武器装备上应用的研究机构。80年代后，国外阻尼减震降噪技术有了更大的发展，他们借助CAD/CAM在减震降噪技术中的应用，把设计－材料－工艺－试验一体化，进行了整体结构的阻尼减震降噪设计。我国在70年代前后进行了阻尼减震降噪材料的研究工作，并取得了一定的成果，但与发达国家相比，仍有一定的差距。阻尼材料在航空航天领域主要用于制造火箭、导弹、喷气机等控制盘或陀螺仪的外壳；在船舶工业中，阻尼材料用于制造推进器、传动部件和舱室隔板，有效地降低了来自于机械零件啮合过程中表面碰撞产生的振动和噪声。在兵器工业中，坦克传动部分（变速箱，传动箱）的振动是一个复杂振动，频率范围较宽，高性能阻尼锌铝合金和减振耐磨表面熔敷材料技术的应用，大大减轻了主战坦克传动部分产生的振动和噪声。
隐身材料
现代攻击武器的发展，特别是精确打击武器的出现，使武器装备的生存力受到了极大的威胁，单纯依靠加强武器的防护能力已不实际。采用隐身技术，使敌方的探测、制导、侦察系统失去功效，从而尽可能地隐蔽自己，掌握战场的主动权。抢先发现并消灭敌人，已成为现代武器防护的重要发展方向。隐身技术的最有效手段是采用隐身材料。国外隐身技术与材料的研究始于第二次世界大战期间，起源在德国，发展在美国并扩展到英、法、俄罗斯等先进国家。目前，美国在隐身技术和材料研究方面处于领先水平。在航空领域，许多国家都已成功地将隐身技术应用于飞机的隐身；在常规兵器方面，美国对坦克、导弹的隐身也已开展了不少工作，并陆续用于装备，如美国M1A1坦克上采用了雷达波和红外波隐身材料，前苏联T－80坦克也涂敷了隐身材料。
隐身材料有毫米波结构吸波材料、毫米波橡胶吸波材料和多功能吸波涂料等，它们不仅能够降低毫米波雷达和毫米波制导系统的发现、跟踪和命中的概率，而且能够兼容可见光、近红外伪装和中远红外热迷彩的效果。
近年来，国外在提高与改进传统隐身材料的同时，正致力于多种新材料的探索。晶须材料、纳米材料、陶瓷材料、手性材料、导电高分子材料等逐步应用到雷达波和红外隐身材料，使涂层更加薄型化、轻量化。纳米材料因其具有极好的吸波特性，同时具备了宽频带、兼容性好、厚度薄等特点，发达国家均把纳米材料作为新一代隐身材料加以研究和开发；国内毫米波隐身材料的研究起步于80年代中期，研究单位主要集中在兵器系统。经过多年的努力，预研工作取得了较大进展，该项技术可用于各类地面武器系统的伪装和隐身，如主战坦克、155毫米先进加榴炮系统及水陆两用坦克。
目前，世界上正在研制的第四代超音速歼击机，其机体结构采用复合材料、翼身融合体和吸波涂层，使其真正具有了隐身功能，而电磁波吸收型涂料、电磁屏蔽型涂料已开始在隐身飞机上涂装；美国和俄罗斯的地对空导弹正在使用轻质、宽频带吸收、热稳定性好的隐身材料。可以预见，隐身技术的研究和应用已成为世界各国国防技术中最重要的课题之一。
4我国军用新材料的产业化趋势
应用于军事工业中的新材料均具有较高的技术含量，因而军用新材料的产业化速度普遍比较缓慢。世界范围内的军用新材料正向功能化、超高能化、复合轻量和智能化的方向发展。由此看来，钛合金、复合材料和纳米材料在军事工业中具有十分良好的产业化前景。
钛合金
钛是20世纪五十年代发展起来的一种性能优异、资源丰富的金属。随着军事工业对高强低密度材料需求的日益迫切，钛合金的产业化进程显著加快。在国外，先进飞机上钛材重量已达到飞机结构总重的30~35%。我国在“九五”期间，为满足航空、航天、舰艇等部门需要，国家把钛合金作为新材料的发展重点之一，预计“十五”将成为我国钛合金新材料新工艺的高速发展时期。
复合材料
军事高技术的发展要求材料不再是单一的结构材料，在这种条件下我国在先进复合材料的研制和应用方面取得了很大的成绩，它在“十五”期间的发展会更加引人注目。21世纪复合材料的发展方向是低成本、高性能、多功能和智能化。
纳米材料
纳米技术是现代科学和技术相结合的产物，它不仅涉及到现有的一切基础性科学技术领域，而且在军事工业中有着广泛的应用前景。随着未来战争突然性的急剧增大，各种探测手段越来越先进。为适应现代化战争的需要，隐身技术在军事领域占有十分重要的地位。纳米材料对雷达波的吸收率较高，从而为兵器隐身技术的发展提供了物质基础。
来源：王朝网络
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