Pochi giorni fa, la NASA e il laboratorio di ricerca dell'aeronautica statunitense hanno sviluppato congiuntamente una nuova tecnologia per la stampa 3D di polimeri ad alta temperatura, che dovrebbe essere applicata ai motori aerospaziali in futuro. Il materiale utilizzato in questa tecnologia è la fibra di carbonio. Il rapido sviluppo delle moderne armi e attrezzature da guerra è verso il basso consumo energetico, il grande carico utile, la furtività e l'elevata mobilità, e requisiti più elevati sono posti sui materiali utilizzati per fabbricare le armi. I materiali compositi in fibra di carbonio, noti come"oro nero", sono ampiamente utilizzati nelle industrie militari e di difesa nazionale grazie alle loro eccellenti proprietà del materiale. L'uso di materiali in fibra di carbonio per creare armi ed equipaggiamenti più performanti è da tempo diventato un nuovo campo di battaglia in cui competono le potenze militari.
L'affascinante"oro nero"
Ricorda il robot"Big White" nel film d'animazione Big Hero 6? Il prototipo di questo robot medico che ha toccato innumerevoli persone è realizzato con materiali in fibra di carbonio. Questo gli permette di resistere allo schiacciamento e al pestaggio. Infatti, anche il caccia F-35, che in precedenza era afflitto dal problema del sovrappeso, ha finalmente realizzato il suo sogno di volare utilizzando fino al 35% di materiali compositi in fibra di carbonio. La fibra di carbonio, conosciuta come"oro nero", è stata a lungo ampiamente utilizzata nel campo della difesa nazionale e militare. È un materiale di base indispensabile per razzi, satelliti, missili, aerei da combattimento e navi.
L'origine della fibra di carbonio può essere fatta risalire al 1860. L'inglese Joseph Swan inventò e brevettò la fibra di carbonio quando realizzò il filamento di una luce elettrica. La fibra di carbonio ha davvero inaugurato il"blowout" fase di ricerca e applicazione, o qualcosa dopo gli anni '50. Nel 1958, i ricercatori americani scoprirono per la prima volta la fibra di carbonio ad alte prestazioni, seguiti da ricercatori giapponesi e britannici per migliorare e potenziare le prestazioni della fibra di carbonio. Negli anni '70, i materiali in fibra di carbonio iniziarono ad emergere nelle parti strutturali degli aerei da combattimento e i materiali in fibra di carbonio possono essere visti su aerei da combattimento come F-15, B-1, F-16 e F-18. Oltre ai caccia F-22 e F-35 dell'US Air Force' che utilizzano materiali compositi in fibra di carbonio, X-47B, Global Hawk e altri equipaggiamenti utilizzano anche materiali in fibra di carbonio per ottenere un sostanziale aumento del carico utile, resistenza e sopravvivenza.
Non è esagerato descrivere i materiali in fibra di carbonio come"solidi come la roccia e resistenti come i capelli". Indipendentemente dal fatto che i materiali in fibra di carbonio siano morbidi e lavorabili come le fibre tessili, sono una nuova generazione di materiali ad alte prestazioni con maggiore resistenza rispetto all'acciaio, resistenza alla corrosione, resistenza alle alte temperature e buona conduttività elettrica e termica. Le biciclette in materiale in fibra di carbonio con cui le persone di solito entrano in contatto si basano più spesso sulla mancanza di deformazione plastica dei materiali in fibra di carbonio, che non solo riduce il peso della carrozzeria, ma migliora anche notevolmente la durata della bicicletta.
Allo stato attuale, c'è ancora un enorme margine di miglioramento nelle caratteristiche dei materiali compositi in fibra di carbonio. Nel campo della resina in cui si concentrano i materiali in fibra di carbonio, l'applicazione della fibra di carbonio aumenterà ulteriormente la durata di varie parti di armi e attrezzature e migliorerà significativamente la resistenza all'impatto, la resistenza alla fatica, la producibilità e la resistenza al calore e all'umidità di armi. La stampa 3D ottenuta dalla National Aeronautics and Space Administration e dal US Air Force Research Laboratory migliorerà ulteriormente l'affidabilità della lavorazione di parti complesse e di grandi dimensioni.
Il"re dei nuovi materiali" in competizione tra le maggiori potenze
Il rapido sviluppo delle moderne armi e attrezzature da guerra verso un basso consumo energetico, grandi carichi utili, furtività e alta mobilità ha presentato requisiti nuovi e più elevati per la nuova tecnologia dei materiali per la produzione di armi e attrezzature. Guardando indietro alla storia, non è difficile scoprire che ogni volta che si fa un importante progresso nella ricerca sui materiali in fibra di carbonio, è accompagnato da una forte trazione delle relative esigenze militari. Negli anni '50, per risolvere problemi tecnici chiave come la resistenza alle alte temperature e la resistenza alla corrosione degli ugelli e delle testate dei missili, gli Stati Uniti hanno preso l'iniziativa nello sviluppo di fibre di carbonio a base di viscosa. Da allora, con l'emergere di prestazioni più elevate e più varietà di materiali in fibra di carbonio, le fibre apparentemente morbide sono diventate il"re dei nuovi materiali" in concorrenza tra le maggiori potenze.
La fibra di carbonio è un nuovo tipo di fibra ad alte prestazioni con un contenuto di carbonio superiore al 95%. È difficile da produrre ed è un indicatore importante delle prestazioni avanzate dei sistemi di equipaggiamento d'arma. Il processo di produzione dei materiali in fibra di carbonio è molto complesso e coinvolge prodotti chimici, tessili, materiali, macchinari di precisione e altri campi. È un progetto sistematico che integra tecnologia multidisciplinare, raffinata e di fascia alta. Poiché l'intero processo di produzione è correlato al controllo ad alta precisione di migliaia di parametri come umidità, concentrazione, viscosità e portata, un po' di disattenzione influenzerà seriamente le prestazioni e la stabilità della qualità dei materiali in fibra di carbonio. Pertanto, solo pochi paesi possono produrre stabilmente materiali in fibra di carbonio ad alte prestazioni.
In effetti, i materiali in fibra di carbonio, in particolare i precursori in fibra di carbonio ad alta resistenza, possono essere utilizzati nello sviluppo di armi e attrezzature ad alte prestazioni, e quindi hanno raggiunto un livello di embargo nell'elenco delle esportazioni di alcuni paesi alla pari con la tecnologia delle armi nucleari. Pertanto, lo sviluppo di una nuova generazione di materiali in fibra di carbonio e armi e attrezzature ad alte prestazioni è diventato un"highlight" per le varie potenze militari di competere con forza all'avanguardia. Attualmente, diverse potenze militari hanno messo gli occhi sul campo dei"materiali in fibra di carbonio" e stanno correndo per lanciare piani correlati per lo sviluppo di materiali in fibra di carbonio, che potrebbero innescare una"competizione" nello sviluppo di materiali in fibra di carbonio. L'Agenzia per i progetti di ricerca avanzata del Dipartimento della difesa degli Stati Uniti ha precedentemente investito molto in progetti per migliorare la resistenza dei materiali in fibra di carbonio e anche la National Aeronautics and Space Administration ha investito attivamente nella ricerca su nuovi sistemi di protezione termica in fibra di carbonio.
& quot;Fino al mondo sottomarino" ha ampie prospettive di sviluppo
Con la crescente maturità delle tecnologie correlate e la crescente domanda di armi e attrezzature, anche l'applicazione dei materiali in fibra di carbonio sta diventando sempre più perfetta. I materiali in fibra di carbonio con molti vantaggi, come la leggerezza, l'elevata resistenza e la resistenza alla corrosione chimica, sono destinati a entrare nel campo delle armi e delle attrezzature a tutto tondo e raggiungere"il mondo sotto il mare [ GG] quot;, con ampie prospettive di sviluppo.
Nel campo della produzione aeronautica, l'applicazione di materiali in fibra di carbonio è stata a lungo indispensabile. Il corpo principale del casco di volo da combattimento F-35 utilizza materiali in fibra di carbonio ad alte prestazioni, che possono proiettare velocità, rotta, altitudine, informazioni sul bersaglio e avvisi radar direttamente sulla maschera del casco's, fornendo ai piloti un'esperienza senza precedenti. la consapevolezza della situazione. L'aereo a energia solare "Solar Impulse 2" che ha iniziato il suo viaggio di volo globale nel 2015 utilizza materiali in fibra di carbonio come "cappotto caldo" per l'80% della struttura complessiva, risparmiando anche più energia durante il volo. Oltre a soddisfare i requisiti di riduzione del peso e prestazioni speciali del corpo', il materiale in fibra di carbonio che può assorbire efficacemente le onde radar mette anche un"stealth coat" sul combattente. Anche la fusoliera del bombardiere americano B-2 e del caccia F-117A utilizzano materiali assorbenti in fibra di carbonio.
Nel campo dei droni, i materiali in fibra di carbonio sono diventati l'insostituibile"best shell". Per garantire la capacità di carico e la resistenza, il guscio dell'UAV necessita di materiali speciali con elevata resistenza strutturale e leggerezza. Rispetto alle leghe di alluminio e ai tecnopolimeri che sono stati ampiamente utilizzati in precedenza, i materiali in fibra di carbonio sono leggeri, ad alta resistenza e hanno una migliore schermatura elettromagnetica e caratteristiche di invisibilità e sono più convenienti per la produzione e lo stampaggio integrati. In futuro, sono destinati a diventare il materiale principale per i proiettili UAV. . In particolare, il microveicolo senza pilota realizzato in fibra di carbonio e del peso di soli 106 milligrammi può entrare nello stretto spazio ristretto per la ricerca di informazioni, e ha un'ampia gamma di prospettive applicative in campo militare e civile.
I materiali in fibra di carbonio possono andare non solo in cielo, ma anche in mare. Gli Stati Uniti"Ford" portaerei utilizza un gran numero di materiali in fibra di carbonio per"dimagrire." La Marina Reale Svedese"Visby" La fregata stealth di classe utilizza materiali in fibra di carbonio, che non solo hanno un'elevata resistenza e durata, ma hanno anche un'eccellente resistenza agli urti. La Marina indiana ha anche importato materiali in fibra di carbonio esclusivamente dalla Svezia durante la produzione del"Giltan" e"Kavalati" fregate.
Inoltre, i materiali in fibra di carbonio sono ampiamente utilizzati anche in satelliti, missili e motori a razzo. Specialmente quando i satelliti affrontano"ghiaccio e fuoco" durante il volo spaziale, i materiali in fibra di carbonio con coefficiente di dilatazione termica quasi trascurabile sono proprio i"salvatori" di satelliti. I ricercatori hanno persino introdotto una canna in fibra di carbonio, che può migliorare notevolmente la precisione di tiro, la durata e la durata della canna dell'arma. A"grande dramma" appartenente all'applicazione militare della fibra di carbonio è appena iniziata.
