复合材料：现代国防装备的创新引擎

复合材料：现代国防装备的创新引擎

引用

中国科技网

等

9

来源

1.

https://www.stdaily.com/web/gdxw/2024-10/23/content_247325.html

2.

https://news.gmw.cn/2024-08/01/content_37474168.htm

3.

https://app.xinhuanet.com/news/article.html?articleId=51570780b90ed70704df0322a9b29cc4

4.

https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_26323491

5.

http://www.chenmaogroup.com/news_detail/11.html

6.

http://www.news.cn/milpro/20250206/9ffaa742708b433cb138d2b3e311e18e/c.html

7.

https://aijianmo.com/m/index.php?s=/news/index/detail/id/7580.html

8.

https://www.3ds.com/zh-hans/insights/customer-stories/hexcel

9.

https://www.chinaerospace.com/article/56271

近年来，复合材料以其优异的性能在国防装备领域大放异彩。从战斗机到卫星，从导弹到火箭，复合材料正在以前所未有的速度改变着现代国防装备的面貌。

复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料通过物理或化学方法组合而成的新型材料。其中，碳纤维复合材料因其卓越的性能，在国防装备中应用最为广泛。与传统金属材料相比，碳纤维复合材料具有以下显著优势：

• 高比强度和比模量：碳纤维复合材料的比强度是铝合金的5-7倍，能够满足高刚度需求。
• 热膨胀系数低：通过合理设计，可以制备出热膨胀系数几乎为零的材料，适用于高低温交变环境。
• 轻量化：碳纤维的比重仅为钢材的1/4，能有效减轻装备重量。
• 耐腐蚀性：在恶劣环境下具有更好的耐腐蚀性能，延长装备使用寿命。

航空装备

在航空领域，复合材料的应用已经相当成熟。以美国F-22和F-35战斗机为例：

• F-22战斗机采用了约24%的碳纤维复合材料，使其具备了超高音速巡航、超视距作战、高机动性和隐身等特性。
• F-35战斗机更是将这一比例提高到35%，有效解决了超重问题，提升了飞行性能。

在民用航空领域，空客A380飞机25%的重量由复合材料制造，其中22%为碳纤维增强塑料（CFRP）。这些材料被用于制造减速板、垂直和水平稳定器、方向舵、升降舵、副翼、襟翼扰流板、起落架舱门、整流罩、垂尾翼盒、方向舵、升降舵、上层客舱地板梁、后密封隔框、后压力舱、后机身、水平尾翼和副翼等部件。

导弹与火箭

在导弹和火箭领域，复合材料同样发挥着重要作用。碳纤维复合材料被广泛应用于导弹弹头、弹体箭体和发动机壳体的结构部件，以及卫星主体结构承力件。例如：

• 美国“三叉戟-2”导弹、战斧式巡航导弹、大力神-4火箭、法国阿里安-2火箭改型、日本M-5火箭等发动机壳体均采用碳纤维复合材料。
• 在人造卫星中，高模量碳纤维因其质轻、刚性好、尺寸稳定性佳而被用于制造太阳能电池板和天线等关键部件。

耐热高强钛基复合材料

上海交通大学张荻院士、吕维洁研究员团队经过二十余年研究，开发出新型耐热高强钛基复合材料。该材料在高温环境下具有优异的稳定性和强度，为我国航空航天器在极端环境下的稳定运行提供了有力支撑。

该材料采用原位自生增强体技术，突破了传统钛基复合材料存在的成本高、界面结合性能差等问题。通过多元增强体有序分布与耦合强化方法，成功研制出可在600-800℃环境下稳定工作的新型钛基复合材料，其性能达到国内领先、国际先进水平。

增材制造技术突破

增材制造（3D打印）技术在军工材料领域的应用取得重大突破。美国橡树岭国家实验室使用电子束增材制造技术打印出首个具有复杂几何形状的无缺陷钨部件，解决了纯钨在室温下易发生脆裂的问题。

同时，美国火箭实验室公司使用电冲击公司研发的自动纤维铺放设备，制造出世界最大的碳复合材料火箭结构。该设备每分钟可打印100米连续碳纤维复合材料，具备30米横向移动能力，可沿不同方向逐层沉积碳纤维片。

随着人工智能与机器人、大数据的结合，材料科学领域正在迎来第四次工业革命。各国正加快部署人工智能工具，布局材料数据库，并尝试用机器人自动合成和表征来开发新材料，缩短材料研发和验证时间。

增材制造技术的突破将为战场装备提供即时修复的新途径。例如，太空在轨和远洋、深潜在舰打印技术的发展，将使关键部件的按需生产成为可能。同时，耐高温材料和电子信息材料的突破，将进一步提升国防装备的性能和可靠性。

复合材料正在以前所未有的速度改变着现代国防装备的面貌。从战斗机到卫星，从导弹到火箭，复合材料的应用已经渗透到国防装备的方方面面。随着科技创新的不断推进，复合材料必将在未来国防装备发展中扮演更加重要的角色。