碳纤维复合材料在军事方面的用途

  碳纤维具有高强度、高模量、质量轻、耐高温等一系列优异性能,可以通过与金属、陶瓷、树脂等材料复合加工制成具有不同特性、不同用途的复合材料。目前碳纤维材料已被广泛应用于航空航天、国防军事、交通运输、建筑、体育休闲等领域。本文对碳纤维技术及其军事应用等进行了概述。

  碳纤维具有质轻、高强度、高模量、耐腐蚀、耐高温等特点,碳纤维及其复合材料被广泛应用于火箭、导弹、装甲防护等军工领域,使军事装备性能不断提高。碳纤维及其复合材料已成为现代国防军工武器装备的重要战略物资。

  1、吸波隐身。普通碳纤维对电磁波是反射体,不具备吸波功能,通过对碳纤维进行表面改性(如镀镍、涂覆碳化硅涂层等)、研制新型碳纤维(如异形截面碳纤维、螺旋碳纤维、多孔碳纤维、碳纳米管等),能显著改善其电磁性能。

  特种碳纤维用于制造隐身飞机,如B-2隐身轰炸机,其整体机身除了主梁和发动机机舱采用钛复合材料外,其余部分均采用碳纤维复合材料。美国隐身战机F-22,CFRP用量达到24%,英国Typhoon战机复合材料用量高达40%。结构型碳纤维吸波复合材料结合了复合材料轻质高强的结构优势和吸波特性,是雷达隐身材料的重要发展方向。碳纤维吸波材料属于功能和结构一体化的优良吸波材料,随着隐身结构材料的完善和提高,碳纤维复合材料的需求还将持续增长。

  2、导弹火箭。碳纤维凭借耐烧蚀和轻质高强的特点被广泛应用于火箭的助推器、防护罩、发动机罩和导弹壳体、发射筒等结构。碳纤维复合材料可有效减轻火箭和导弹的结构质量,加大火箭和导弹的射程,提高落点的精度,如战略导弹固体火箭发动机第三级结构质量减少1kg,可增加射程16km,弹头质量减少1kg,可以增程20km,碳纤维复合材料的使用能提高有效载荷的运载能力。

  碳/碳纤维复合材料C/CFRP是用来制造洲际弹道导弹的鼻锥、发动机喷管和壳体的最好选材。其不仅具有优异的热力学性能,而且在烧蚀过程中烧蚀率低、烧蚀均匀和对称,能够保持良好的气动外形,有利于减少非制导误差。C/CFRP在美国民兵、三叉戟、MK等战略导弹上均已成熟应用。碳纤维复合材料还应用于固体发动机壳体,如美国战斧式巡航导弹、大力神-4火箭、法国的阿里安-2火箭改型、日本的M-5火箭等。

  3、装甲防护。由于碳纤维增强复合材料的轻质、高强等优异性能,在装甲防护领域如防护服、装甲舰艇、装甲车辆等均有应用。CFRP用于制造装甲车辆、舰艇,除装甲防护外,还能提高速度、节省燃料。如,美国的“短剑”高速快艇是使用CFRP一次成型制造的船体,船体外表光滑,重量大大降低,同时其磁信号特征也非常小,不易触发水雷。即使被鱼雷和导弹击中后,碳纤维船体很难完全解体,可避免毁灭性后果。

  4、其他。碳纤维材料还因其导电、高强度、耐腐蚀等性能,被应用在炸弹:石墨炸弹、军用机架箱、压力容器、潜艇、鱼雷等的外压力容器等军事领域。

 

  阅读延伸:《碳纤维复合材料在军事舰艇上的应用分析