碳纖維復合材料在軍事領域的應用
碳纖維具有高強度、高模量、質量輕、耐高溫等一系列優(yōu)異性能,可以通過與金屬、陶瓷、樹脂等材料復合加工制成具有不同特性、不同用途的復合材料。碳纖維及其復合材料被廣泛應用于火箭、導彈、裝甲防護等軍工領域,使軍事裝備性能不斷提高。
1、吸波隱身。普通碳纖維對電磁波是反射體,不具備吸波功能,通過對碳纖維進行表面改性(如鍍鎳、涂覆碳化硅涂層等)、研制新型碳纖維(如異形截面碳纖維、螺旋碳纖維、多孔碳纖維、碳納米管等),能顯著改善其電磁性能。
特種碳纖維用于制造隱身飛機,如B-2隱身轟炸機,其整體機身除了主梁和發(fā)動機機艙采用鈦復合材料外,其余部分均采用碳纖維復合材料。美國隱身戰(zhàn)機F-22,CFRP用量達到24%,英國Typhoon戰(zhàn)機復合材料用量高達40%。結構型碳纖維吸波復合材料結合了復合材料輕質高強的結構優(yōu)勢和吸波特性,是雷達隱身材料的重要發(fā)展方向。
2、導彈火箭。碳纖維憑借耐燒蝕和輕質高強的特點被廣泛應用于火箭的助推器、防護罩、發(fā)動機罩和導彈殼體、發(fā)射筒等結構。碳纖維復合材料可有效減輕火箭和導彈的結構質量,加大火箭和導彈的射程,提高落點的精度,如戰(zhàn)略導彈固體火箭發(fā)動機第三級結構質量減少1kg,可增加射程16km,彈頭質量減少1kg,可以增程20km,碳纖維復合材料的使用能提高有效載荷的運載能力。
3、裝甲防護。由于碳纖維增強復合材料的輕質、高強等優(yōu)異性能,在裝甲防護領域如防護服、裝甲艦艇、裝甲車輛等均有應用。CFRP用于制造裝甲車輛、艦艇,除裝甲防護外,還能提高速度、節(jié)省燃料。如,美國的“短劍”高速快艇是使用CFRP一次成型制造的船體,船體外表光滑,重量大大降低,同時其磁信號特征也非常小,不易觸發(fā)水雷。即使被魚雷和導彈擊中后,碳纖維船體很難完全解體,可避免毀滅性后果。
4、其他。碳纖維材料還因其導電、高強度、耐腐蝕等性能,被應用在炸彈:石墨炸彈、軍用機架箱、壓力容器、潛艇、魚雷等的外壓力容器等軍事領域。