16가지 새로운 군사 재료

새로운 군사재료는 차세대 무기와 장비의 물질적 기반이며 오늘날 세계 군사 분야의 핵심 기술이기도 합니다. 군사신소재기술은 군사분야에서 활용되는 신소재기술이다. 현대의 정교한 무기와 장비의 핵심이자 군사 첨단 기술의 중요한 부분입니다. 세계 각국은 군수신소재기술 개발에 큰 중요성을 부여하고 있습니다. 군 신소재 기술 개발을 가속화하는 것은 군의 리더십을 유지하기 위한 중요한 전제조건이다.

군수신소재 적용현황

군수신소재는 용도에 따라 구조재와 기능성 소재로 나눌 수 있다. 그들은 주로 항공 산업, 항공 우주 산업, 무기 산업 및 조선 산업에서 사용됩니다.

알루미늄 합금

알루미늄 합금은 항상 군사 산업에서 가장 널리 사용되는 금속 구조 재료였습니다. 알루미늄 합금은 밀도가 낮고 강도가 높으며 가공 성능이 우수한 특성을 가지고 있습니다. 구조재로서 가공성이 우수하여 다양한 단면의 프로파일, 파이프, 고강화판 등으로 제작이 가능하여 소재의 잠재력을 최대한 활용하고 부품의 성능을 향상시킬 수 있습니다. 강성과 강도. 따라서 알루미늄 합금은 경량 무기에 선호되는 경량 구조 재료입니다.

항공 산업에서 알루미늄 합금은 주로 항공기 스킨, 파티션, 긴 빔 및 트림 바를 제조하는 데 사용됩니다. 항공우주 산업에서 알루미늄 합금은 발사체와 우주선의 구조 부품에 중요한 재료입니다. 무기 분야에서는 알루미늄 합금이 성공적으로 사용되었습니다. 보병 전투 차량 및 장갑 수송 차량에 널리 사용됩니다. 최근 개발된 곡사포 마운트에도 새로운 알루미늄 합금 소재가 대거 적용됐다.

항공우주 산업에서 알루미늄 합금의 사용은 최근 몇 년간 감소했지만 여전히 군사 산업에서는 주요 구조 재료 중 하나로 남아 있습니다. 알루미늄 합금의 개발 추세는 고순도, 고강도, 고인성 및 고온 저항을 추구하는 것입니다. 군수 산업에 사용되는 알루미늄 합금에는 주로 알루미늄-리튬 합금, 알루미늄-구리 합금(2000 시리즈) 및 알루미늄-아연-마그네슘 합금(7000 시리즈)이 포함됩니다.

항공산업에서는 새로운 알루미늄-리튬 합금이 사용되고 있으며, 항공기 중량은 8~15% 감소할 것으로 예상된다. 알루미늄-리튬 합금은 또한 항공우주 차량과 얇은 벽의 미사일 케이스를 위한 구조 재료 후보가 될 것입니다. 항공우주 산업의 급속한 발전과 함께 알루미늄-리튬 합금의 연구 초점은 여전히 ​​두께 방향의 인성이 떨어지는 문제를 해결하고 비용을 절감하는 데 있습니다.

마그네슘 합금

가장 가벼운 엔지니어링 금속 재료인 마그네슘 합금은 가벼운 비중, 높은 비강도 및 비강성, 우수한 감쇠 및 열 전도성, 강력한 전자파 차폐 능력, 우수한 진동 감쇠 특성과 같은 일련의 고유한 특성을 갖고 있어 요구 사항을 크게 충족합니다. 항공우주, 현대 무기 및 장비, 기타 군사 분야의 요구 사항.

마그네슘 합금은 탱크 시트 프레임, 지휘관 거울, 포수 거울, 기어박스 케이스, 엔진 필터 시트, 물 입구 및 출구 파이프, 공기 분배기 시트, 오일 펌프 하우징, 워터 펌프 하우징, 오일 열교환기, 오일 필터 하우징, 밸브 커버, 호흡기 및 기타 차량 부품; 전술 방공 미사일 지원 구획 및 에일러론 스킨, 벽 패널, 강화 프레임, 방향타 플레이트, 파티션 프레임 및 기타 탄약 Arrow 부품; 전투기, 폭격기, 헬리콥터, 수송기, 공중 레이더, 지대공 미사일, 발사체, 인공위성 및 기타 우주선 구성 요소. 마그네슘 합금은 무게가 가볍고, 비강도와 강성이 우수하고, 진동 감쇠 성능이 뛰어나고, 전자기 간섭이 강하고, 차폐 기능이 강해 군용 제품의 중량 감소, 소음 흡수, 충격 흡수 및 방사선 보호 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 항공우주 및 국방건설에서 매우 중요한 위치를 차지하고 있으며, 항공기, 위성, 미사일, 전투기, 탱크 등 무기 및 장비에 필요한 핵심 구조자재입니다.

티타늄 합금

티타늄 합금은 높은 인장 강도(441~1470MPa), 낮은 밀도(4.5g/cm3), 우수한 내식성, 특정 고온 내구성 강도 및 300~550도에서 우수한 저온 저항성을 갖습니다. 충격 인성은 이상적인 경량 구조 재료입니다. 티타늄 합금은 초가소성의 기능적 특성을 가지고 있습니다. 초소성 성형-확산 접합 기술을 사용하면 합금을 에너지 소비와 재료 소비가 거의 없이 복잡한 모양과 정확한 치수를 가진 제품으로 만들 수 있습니다.

항공 산업에서 티타늄 합금의 적용은 주로 항공기 동체 구조 부품, 랜딩 기어, 지지 빔, 엔진 압축기 디스크, 블레이드 및 조인트를 만드는 것입니다. 항공우주 산업에서 티타늄 합금은 주로 내하중 부품과 프레임을 만드는 데 사용됩니다. , 가스병, 압력 용기, 터보 펌프 케이싱, 고체 로켓 모터 케이싱 및 노즐 및 기타 부품. 1950년대 초, 산업용 순수 티타늄이 일부 군용 항공기에 사용되어 후방 동체 방열판, 테일 카울 및 속도 브레이크와 같은 구조 부품을 제조하기 시작했습니다. 1960년대에는 항공기 구조에 티타늄 합금을 적용하는 범위가 슬라이딩 롤링 플랩까지 확대되었습니다. , 하중 지지 격벽, 랜딩 기어 빔 및 기타 주요 응력 지지 구조물; 1970년대부터 군용 항공기 및 엔진에 티타늄 합금의 사용이 급속도로 증가하여 전투기에서 대형 군용 폭격기 및 수송 항공기로 확대되었습니다. F14 및 F15 항공기에 사용됩니다. 사용량은 구조 중량의 25%를 차지하며 F100과 TF39 엔진의 사용량은 각각 25%와 33%에 달합니다. 1980년대 이후 티타늄 합금 재료와 공정 기술은 더욱 발전했으며 B1B 항공기에는 90,402kg의 티타늄이 필요합니다. 기존 항공우주용 티타늄 합금 중 가장 널리 사용되는 것은 다목적 a+b형 Ti-6Al-4V 합금이다. 최근 몇 년 동안 서방과 러시아는 두 가지 새로운 유형의 티타늄 합금을 연속적으로 개발했습니다. 고강도, 고인성, 용접성, 성형성이 우수한 티타늄 합금과 고온, 고강도, 난연성을 갖춘 티타늄 합금입니다. 이 두 가지 고급 티타늄 합금은 미래 항공우주 산업에서 중요한 역할을 할 것입니다. 좋은 응용 전망을 가지고 있습니다.

현대전의 발달과 함께 육군에는 고출력, 장거리, 고정밀, 신속한 대응 능력을 갖춘 다기능 첨단 곡사포 체계가 필요합니다. 첨단곡사포체계의 핵심기술 중 하나는 신소재기술이다. 자주포 포탑, 부품, 경금속 장갑차 등의 소재 경량화는 무기 개발에 있어서 피할 수 없는 추세입니다. 역동성과 보호성을 보장한다는 전제하에 티타늄 합금은 군용 무기에 널리 사용됩니다. 155 포구 브레이크에 티타늄 합금을 사용하면 무게를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 중력으로 인한 포신의 변형을 줄여 사격 정확도를 효과적으로 향상시킬 수 있습니다. 주 전투 탱크 및 헬리콥터-대전차 다목적 미사일의 일부 복잡한 형상 구성 요소는 티타늄 합금으로 만들어질 수 있어 제품의 성능 요구 사항을 충족할 수 있을 뿐만 아니라 부품 가공 비용도 절감할 수 있습니다.

과거 오랫동안 티타늄 합금의 적용은 높은 제조 비용으로 인해 크게 제한되어 왔습니다. 최근 세계 각국에서는 티타늄 합금의 성능을 향상시키면서 비용을 절감하기 위해 저가형 티타늄 합금 개발이 활발히 진행되고 있습니다. 우리나라에서는 티타늄 합금의 제조 비용이 여전히 상대적으로 높습니다. 티타늄 합금의 양이 점차 증가함에 따라 제조 비용 절감을 추구하는 것은 티타늄 합금 개발에 있어서 피할 수 없는 추세입니다.

복합 재료

4.1 수지계 복합재료

수지 기반 복합 재료는 성형 가공성이 우수하고 비강도가 높으며 비탄성률이 높으며 밀도가 낮고 피로 저항성, 충격 흡수성, 화학적 내식성, 유전 특성이 우수하고 열전도율이 낮습니다. 고효율 및 기타 특성으로 인해 군사 산업에서 널리 사용됩니다. 수지 기반 복합 재료는 열경화성 및 열가소성 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 열경화성 수지계 복합재료는 다양한 열경화성 수지를 모재로 하고, 다양한 강화섬유를 첨가한 복합재료의 일종이다. 열가소성 수지는 용매나 용매에 용해될 수 있는 선형 고분자 화합물의 일종입니다. 가열하면 부드러워지고 점성 액체로 녹고, 냉각되면 고체로 굳어집니다. 수지계 복합재료는 종합적 특성이 뛰어나고 제조공정이 용이하며 원료가 풍부하다. 항공 산업에서는 수지 기반 복합 재료를 사용하여 항공기 날개, 동체, 카나드, 수평 꼬리날개 및 엔진 외부 덕트를 제조합니다. 항공우주 분야에서 수지 기반 복합 재료는 방향타, 레이더, 공기 흡입구 등의 중요한 재료일 뿐만 아니라 고체 로켓 모터 연소실의 단열 쉘을 제조하는 데에도 사용할 수 있습니다. 엔진 노즐의 절삭 내열 재료로 사용됩니다. 최근 몇 년 동안 개발된 새로운 시아네이트 수지 복합재료는 강한 내습성, 우수한 마이크로파 유전 특성, 우수한 치수 안정성 등의 장점을 가지고 있습니다. 이 제품은 항공우주 구조 부품, 항공기의 1차 및 2차 하중 지지 구조 부품, 레이더 레이돔 생산에 널리 사용됩니다.

4.2 금속 매트릭스 복합재

금속 매트릭스 복합 재료는 높은 비강도, 높은 비계수, 우수한 고온 성능, 낮은 열팽창 계수, 우수한 치수 안정성, 우수한 전기 및 열 전도성을 가지며 군사 산업에서 널리 사용되었습니다. 알루미늄, 마그네슘 및 티타늄은 금속 매트릭스 복합재의 주요 매트릭스입니다. 보강재는 일반적으로 섬유, 입자, 위스커의 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 그 중 입자 강화 알루미늄 매트릭스 복합재는 F-16 전투기에 사용되는 등 모델 검증에 들어갔습니다. 복부 핀은 알루미늄 합금을 대체하며 강성과 수명이 크게 향상되었습니다. 탄소섬유 강화 알루미늄 및 마그네슘 기반 복합재료는 비강도가 높을 뿐만 아니라 열팽창 계수가 0에 가깝고 치수 안정성도 좋습니다. 이들은 인공위성 브래킷, L-대역 평면 안테나, 우주 망원경 및 인공위성을 만드는 데 성공적으로 사용되었습니다. 포물선 안테나 등; 탄화 규소 입자 강화 알루미늄 매트릭스 복합 재료는 우수한 고온 성능과 내마모성을 가지며 로켓 및 미사일 부품, 적외선 및 레이저 유도 시스템 부품, 정밀 항공 전자 장치 등을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 탄화규소 섬유 강화 티타늄 매트릭스 복합 재료는 우수한 내열성과 내산화성을 가지며 추력 대 중량비가 높은 엔진에 이상적인 구조 재료입니다. 이제 그들은 고급 엔진의 테스트 단계에 들어갔습니다. 무기 산업 분야에서 금속 매트릭스 복합 재료는 대구경 꼬리 안정화 장갑 관통 사보트, 대헬리콥터/대전차 다목적 미사일 고체 엔진 케이스 및 기타 구성 요소에 사용되어 탄두의 무게를 줄일 수 있습니다. 전투 능력을 향상시킵니다.

4.3 세라믹 매트릭스 복합재

세라믹 매트릭스 복합재료는 섬유, 위스커 또는 입자를 보강재로 사용하고 특정 복합 공정을 통해 세라믹 매트릭스와 결합되는 재료의 일반적인 용어입니다. 세라믹 매트릭스 복합 재료가 세라믹 매트릭스에 두 번째 상을 도입하는 것을 볼 수 있습니다. 성분들로 구성된 다상재료는 세라믹 재료 고유의 취성을 극복하여 현재 재료과학 연구에서 가장 활발한 분야로 자리잡고 있습니다. 세라믹 매트릭스 복합 재료는 저밀도, 높은 비강도, 우수한 열역학적 특성 및 열충격 저항성을 가지고 있습니다. 이는 미래 군수산업 발전을 위한 핵심 지원 자료 중 하나입니다. 세라믹 재료는 고온 특성이 우수하지만 부서지기 쉽습니다. 세라믹 재료의 취성을 개선하는 방법으로는 상변화 강화, 미세 균열 강화, 분산 금속 강화, 연속 섬유 강화 등이 있습니다. 세라믹 매트릭스 복합 재료는 주로 항공기 가스 터빈 엔진 노즐 밸브를 만드는 데 사용되며, 이는 엔진의 추력 대 중량 비율을 개선하고 연료 소비를 줄이는 데 중요한 역할을 합니다.

4.4 탄소-탄소 복합재

탄소-탄소 복합재료는 탄소섬유 강화재와 탄소 매트릭스로 구성된 복합재료이다. 탄소-탄소 복합재료는 높은 비강도, 우수한 열충격 저항성, 강한 내마모성, 설계 가능한 성능 등 일련의 장점을 가지고 있습니다. 탄소-탄소 복합재료의 개발은 항공우주 기술의 까다로운 요구사항과 밀접한 관련이 있습니다. 1980년대부터 탄소-탄소 복합재료에 대한 연구는 성능 향상과 응용 확대의 단계에 들어섰다. 군수 산업에서 탄소-탄소 복합 재료의 가장 눈길을 끄는 응용 분야는 항산화 탄소-탄소 노즈콘 캡과 우주 왕복선의 날개 앞쪽 가장자리입니다. 가장 큰 탄소-탄소 제품은 초음속 항공기의 브레이크 패드입니다. 탄소-탄소 복합재료는 주로 항공우주 분야에서 절삭재 및 열구조 재료로 사용됩니다. 특히 대륙간 미사일 탄두, 고체 로켓 노즐 및 우주 왕복선 날개 앞쪽 가장자리의 노즈콘 캡으로 사용됩니다. 첨단 탄소-탄소 노즐 소재의 전류 밀도는 1.87~1.97g/cm3이고, 후프 인장 강도는 75~115MPa입니다. 최근 개발된 장거리 대륙간 미사일의 엔드캡은 거의 모두 탄소-탄소 복합재료를 사용하고 있다.

현대 항공 기술의 발전으로 항공기 탑재 질량이 지속적으로 증가하고 비행 착륙 속도가 계속 증가하여 항공기의 비상 제동에 대한 요구 사항이 더욱 높아졌습니다. 탄소-탄소 복합재료는 무게가 가볍고, 고온에 강하고, 많은 양의 에너지를 흡수하며, 마찰 특성이 좋습니다. 그들은 브레이크 패드를 만들기 위해 고속 군용 항공기에 널리 사용됩니다.

초고장력강

초고장력강은 항복강도 1200MPa, 인장강도 1400MPa를 넘는 강을 말한다. 항공기 구조물용 고강도 재료의 요구사항을 충족시키기 위해 연구 개발되었습니다. 항공기에 티타늄 합금 및 복합재료의 사용이 확대됨에 따라 항공기에 사용되는 강철의 양은 줄어들었지만 항공기의 주요 하중 지지 부품은 여전히 ​​초고강도 강철로 만들어집니다. 현재 국제적으로 대표적인 저합금 초고장력강인 300M은 항공기 랜딩기어용 대표적인 강재이다. 또한, 저합금 초고강도강 D6AC는 대표적인 고체로켓모터 케이싱 소재이다. 초고강도강의 개발 추세는 초고강도를 확보하면서 인성과 내응력부식성을 지속적으로 향상시키는 것입니다.

고급 고온 합금

고온 합금은 항공우주 전력 시스템의 핵심 소재입니다. 고온합금은 600~1200도의 고온에서 특정 응력을 견딜 수 있고 항산화 및 부식 방지 기능을 갖춘 합금입니다. 이는 항공우주 엔진 터빈 디스크에 선호되는 재료입니다. 다양한 매트릭스 구성 요소에 따라 고온 합금은 철 기반, 니켈 기반 및 코발트 기반의 세 가지 범주로 나뉩니다. 엔진 터빈 디스크는 1960년대까지 단조 고온 합금으로 만들어졌습니다. 일반적인 등급에는 A286 및 Inconel 718이 포함됩니다. 1970년대 미국 GE Company는 빠르게 응고되는 분말 Rene95 합금을 사용하여 CFM56 엔진 터빈 디스크를 만들었고 이로 인해 추력 대 중량 비율이 크게 증가했습니다. , 작동 온도가 크게 증가합니다. 그 이후로 분말야금 터빈 디스크는 급속히 발전했습니다. 최근 미국에서는 고온 합금 터빈 디스크를 제조하기 위해 스프레이 증착 급속 응고 공정을 채택했습니다. 분말 내열 합금에 비해 공정이 간단하고 비용이 절감되며 단조 가공 성능이 좋습니다. 개발 잠재력이 큰 준비 기술입니다.

텅스텐 합금

텅스텐은 금속 중에서 녹는점이 가장 높습니다. 뛰어난 장점은 융점이 높아 재료에 우수한 고온 강도와 내식성을 제공한다는 것입니다. 군수산업, 특히 무기제조 분야에서 탁월한 특성을 보여왔습니다. 무기 산업에서는 다양한 갑옷 관통 발사체의 탄두를 만드는 데 주로 사용됩니다. 텅스텐 합금은 분말 전처리 기술과 대변형 강화 기술을 사용하여 재료의 입자를 미세화하고 입자 방향을 늘려 재료의 강도, 인성 및 침투력을 향상시킵니다. 우리나라가 개발한 125II식 철갑탄의 텅스텐 핵심재료는 W-Ni-Fe이며 가변밀도 콤팩트소결공정을 채택하고 있다. 평균 성능은 인장 강도 1,200MPa, 신장률 15% 이상, 전투 기술 지수 2000미터에 이릅니다. 600mm 두께의 균질 강철 장갑을 관통하는 거리입니다. 현재 텅스텐 합금은 주전차의 대형 종횡비 장갑 관통 발사체, 중구경 대공 장갑 관통 발사체 및 초고속 운동 에너지 장갑 관통 발사체의 핵심 재료로 널리 사용됩니다. 다양한 갑옷 관통 발사체의 관통력이 더욱 강력해집니다.

금속간 화합물

금속간 화합물은 장거리 규칙적인 초격자 구조를 가지며 강한 금속 결합을 유지하여 많은 특별한 물리적, 화학적, 기계적 특성을 부여합니다. 금속간화합물은 열강도가 우수하여 최근 몇 년간 국내외에서 활발히 연구되고 있는 중요한 신규 고온구조재료로 자리잡고 있습니다. 군수산업에서는 열부하를 견디는 부품을 제조하기 위해 금속간 화합물을 사용해 왔습니다. 예를 들어, 미국의 Puau Company는 JT90 가스 터빈 엔진 블레이드를 제조하고, 미 공군은 티타늄-알루미늄을 사용하여 소형 항공기 엔진 로터 블레이드 등을 만들고, 러시아는 내열 합금을 피스톤 크라운으로 대체하는 티타늄 알루미늄 금속간 화합물을 사용합니다. , 엔진 성능이 크게 향상됩니다. 무기 산업 분야에서 탱크 엔진 과급기 터빈 재료는 K18 니켈 기반 고온 합금으로 비중과 시동 관성이 크기 때문에 탱크의 가속 성능에 영향을 미칩니다. 티타늄-알루미늄 금속간 화합물과 그 구성요소는 알루미나와 탄화규소 섬유로 만들어집니다. 강화된 복합 경량 및 내열성 신소재는 전차의 시동 성능을 크게 향상시키고 전장에서의 생존성을 향상시킬 수 있습니다. 또한 금속간 화합물은 다양한 내열 ​​부품에도 사용되어 무게를 줄이고 신뢰성을 향상시키며 성능 지표를 개선할 수 있습니다.

구조용 도자기

세라믹 소재는 오늘날 세계에서 가장 빠르게 성장하는 첨단 소재입니다. 그들은 단상 세라믹에서 다상 복합 세라믹으로 발전했습니다. 구조용 세라믹 재료는 고온 저항, 저밀도, 내마모성 및 낮은 열팽창 계수와 같은 우수한 특성으로 인해 군수 산업에서 좋은 응용 가능성을 가지고 있습니다.

최근에는 국내외에서 군용 엔진용 구조용 세라믹에 대한 광범위한 연구가 진행되고 있다. 예를 들어, 엔진 과급기용 소형 터빈이 실용화되었습니다. 미국은 피스톤 상단에 세라믹 판을 내장하여 피스톤의 수명을 크게 늘리고 엔진 열효율도 향상시켰습니다. 독일은 배기 포트의 효율성을 향상시키기 위해 배기 포트에 세라믹 부품을 인레이합니다. 외국 적외선 열화상 카메라의 소형 스털링 냉장고의 피스톤 라이너와 실린더 라이너는 세라믹 재료로 만들어졌으며 수명은 최대 2,000 시간입니다. 미사일 자이로스코프의 동력은 화약 가스에서 공급되지만, 가스에 포함된 화약 잔류물은 자이로스코프에 부정적인 영향을 미칩니다. 심각한 손상. 가스 중의 잔류물을 제거하고 미사일의 명중 정확도를 높이기 위해서는 2000도에서 작동하는 미사일 화약 가스에 적합한 세라믹 필터 재료에 대한 연구가 필요하다. 무기 산업 분야에서 구조용 세라믹은 주력 전차 엔진 과급기 터빈, 피스톤 상단, 배기구 인레이 등에 널리 사용되며 새로운 무기 및 장비의 핵심 재료입니다. 현재 20-30mm 구경 기관총의 무선 주파수 요구 사항은 분당 1,200발 이상에 달하므로 총신 절제가 매우 심각합니다. 세라믹의 높은 융점과 고온 화학적 안정성은 심각한 배럴 제거를 효과적으로 억제하는 데 사용됩니다. 세라믹 재료는 압축 저항과 크리프 저항이 높습니다. 합리적인 설계를 통해 세라믹 재료는 3차원 압축 상태를 유지하고 취성을 극복할 수 있습니다. , 세라믹 라이너의 안전한 사용을 보장합니다.