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第一篇：金屬材料在軍事裝備中的應(yīng)用

金屬材料在軍事裝備中的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院

通信1304

徐 陽

41356115 人類社會(huì)的發(fā)展歷程，是以不同材料的使用為主要標(biāo)志的。歷史上，材料被視為人類社會(huì)進(jìn)化的里程碑。對(duì)材料的認(rèn)識(shí)和利用能力，決定著社會(huì)的形態(tài)和人類生活的質(zhì)量。而金屬材料進(jìn)入人類的視野是公元前6000年以前，到公元前4000年以后，人類開始制造并大量使用青銅器，青銅器在人們的生產(chǎn)、生活中占據(jù)重要地位，青銅時(shí)代成為人類利用金屬材料的第一個(gè)時(shí)代。

逐步出現(xiàn)并日益頻繁的戰(zhàn)爭(zhēng)迫使當(dāng)時(shí)的人們制作武器。而最早應(yīng)用于軍事裝備的金屬材料同樣是銅，如在埃及發(fā)現(xiàn)的公元前3500年前后的銅刀、斧以及匕首還有在塞爾維亞的普羅庫普列發(fā)現(xiàn)的銅斧，都是將銅應(yīng)用于軍事裝備的早期范例。在我國(guó)，青銅兵器最早出現(xiàn)在夏王朝。到了商代，隨著青銅冶鑄技術(shù)的提高，青銅兵器得到了進(jìn)一步的發(fā)展，制品有長(zhǎng)桿格斗兵器戈、矛、斧，近身格斗兵器短柄刀、劍，遠(yuǎn)程攻擊的復(fù)合兵器弓箭，防護(hù)裝具青銅胄、皮甲、盾等。商代以后，銅的采掘和青銅冶鑄業(yè)得到比較大的發(fā)展。春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期還出現(xiàn)了青銅復(fù)合劍，這種劍的脊部和刃部分別用含錫量不同的青銅鑄成，既有比較高的刺殺力，又經(jīng)久耐用，是青銅兵器制造技術(shù)提高的一個(gè)重要標(biāo)志。

我國(guó)雖然在春秋晚期才進(jìn)入鐵器時(shí)代，但是河北藁城出土的鐵刃銅鉞說明，我們的祖先在商代，已經(jīng)能夠使用隕鐵制成比較鋒利的鉞刃，以后再在澆鑄青銅鉞身時(shí)合在一起，制成鐵刃銅鉞。到戰(zhàn)國(guó)晚期，已經(jīng)比較好地掌握了塊煉鐵固態(tài)滲碳煉鋼技術(shù)，煉成質(zhì)地比較好的鋼，為制造鋼鐵兵器提供了原材料。到了西漢，由于淬火技術(shù)的普遍推廣，鋼鐵兵器的使用越來越普遍，軍隊(duì)裝備鋼鐵兵器的比例不斷上升。鋼鐵兵器正式裝備部隊(duì)后，因?yàn)橛捕群晚g度都明顯地優(yōu)于青銅，在西漢末年時(shí)，鋼鐵兵器幾乎已完全取代了青銅，進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)代。

宋代以后，鋼鐵兵器雖然仍在發(fā)展，但是它們的戰(zhàn)斗作用同逐漸發(fā)展的火器相比，便退居次要地位。南宋后期，由于火藥的性能已有很大提高，人們可在大竹筒內(nèi)以火藥為能源發(fā)射彈丸，并掌握了銅鐵管鑄造技術(shù)，具有現(xiàn)代槍械意義雛形的新式兵器——火銃出現(xiàn)。中國(guó)的火銃成型于元代，火銃的制作和應(yīng)用原理，是將火藥裝填在管形金屬器具內(nèi)，利用火藥點(diǎn)燃后產(chǎn)生的氣體爆炸力射擊彈丸。它具有比以往任何兵器大得多的殺傷力，是后代槍械的最初形態(tài)。十六世紀(jì)中葉，法國(guó)工匠馬漢在轉(zhuǎn)輪火槍的基礎(chǔ)上改進(jìn)發(fā)明了燧發(fā)槍，大大簡(jiǎn)化了射擊過程，提高了發(fā)火率和射擊精度，使用方便，而且成本較低，便于大量生產(chǎn)。近現(xiàn)代陸續(xù)出現(xiàn)的后裝槍、轉(zhuǎn)管槍、自動(dòng)步槍、沖鋒槍等，金屬材料都是其制作過程中不可或缺的原材料。質(zhì)地較輕強(qiáng)度較大的工程塑料近些年來在槍械制造方面應(yīng)用越來越廣泛，但仍無法取代金屬材料的地位，機(jī)匣內(nèi)主要的發(fā)射部件一般都是金屬制成，另外槍管也必須由金屬制造。

在單兵保護(hù)的軍事裝備上，金屬材料同樣大放異彩。原始人用椰子殼等纖維質(zhì)來保護(hù)自己的頭部以阻擋襲擊，并且隨著冶金技術(shù)的發(fā)展和戰(zhàn)爭(zhēng)的需要，發(fā)明了金屬頭盔。安陽殷墟出土的商朝銅盔，距今大約已有3000多年的歷史。17～18世紀(jì)，隨著手槍、步槍等熱兵器的出現(xiàn)，銅盔基本上失去了防護(hù)作用，人們不得不尋求新的頭盔材料。第一次世界大戰(zhàn)時(shí)期，法軍首先研制出了能防炮彈破片的頭盔，這就是用哈特非鋼制造的“亞得里安”頭盔，也叫鋼盔。在第一次世界大戰(zhàn)中，美軍和英軍也都裝備了這種重約0.5～1.8kg的頭盔。第二次世界大戰(zhàn)中，美國(guó)又研制出M1等錳鋼頭盔，防護(hù)能力又有較大提高。美國(guó)人認(rèn)為在二戰(zhàn)中，鋼盔至少保護(hù)了7萬名美國(guó)士兵的生命。但不能否認(rèn)的是這種頭盔較重，防彈和隔熱性能差，佩戴不舒適，還有二次破片傷人的危險(xiǎn)。近幾年凱夫拉的應(yīng)用一定程度上彌補(bǔ)了以金屬頭盔的弊端。

19世紀(jì)70年代初使用的部分硬質(zhì)材料防彈衣是以特種鋼、鋁合金等金屬作防彈材料，其防彈機(jī)理主要是在受彈擊時(shí)材料發(fā)生破碎、裂紋、沖塞以及多層復(fù)合板出現(xiàn)分層等現(xiàn)象，從而吸收射擊彈大量的沖擊能。當(dāng)材料的硬度超過射擊物的沖擊能時(shí)，即可發(fā)生射擊彈彈回現(xiàn)象而不貫穿。這類防彈衣的不足之處是：服裝厚重，通常約有20千克，穿著不舒適，對(duì)人體活動(dòng)限制較大，具有一定的防彈性能，但易產(chǎn)生二次破片。

索姆河戰(zhàn)役中，坦克作為所向披靡的攻堅(jiān)利器一鳴驚人。作為現(xiàn)代陸上作戰(zhàn)的主要武器，坦克有“陸戰(zhàn)之王”之美稱。金屬材料制作的裝甲是坦克內(nèi)部人員安全的保障，而在坦克發(fā)展歷程中為了加強(qiáng)坦克裝甲的防護(hù)性能研究人員也是煞費(fèi)苦心。坦克的防彈能力不僅和裝甲厚度有關(guān)，同時(shí)也與裝甲的抗彈能力有關(guān)。不斷增加裝甲的厚度固然可以提高坦克的防護(hù)力，但同時(shí)勢(shì)必增加重量，影響機(jī)動(dòng)性。于是人們想出用不同的材料制成多層裝甲，就是所謂的復(fù)合裝甲。復(fù)合裝甲有許多種，有的內(nèi)外兩用金屬，中間夾一層非金屬材料；有的由四五層金屬、非金屬材料疊合而成；有的復(fù)合裝甲各層之間留有空隙，稱為間隙式裝甲。蘇聯(lián)首先在其T-64主戰(zhàn)坦克上創(chuàng)造性地使用鋼板中夾帶玻璃纖維板的復(fù)合裝甲。它在重量只增加4噸的情況下，前主裝甲抗穿甲彈能力增加約50%，大大增加了戰(zhàn)場(chǎng)生存幾率。以金屬為主體復(fù)合裝甲的出現(xiàn)是坦克防護(hù)技術(shù)史上的一次革命，它的誕生使得坦克走向了靠新的材料技術(shù)而不是單純?cè)龊裱b甲提高防護(hù)的道路，某種程度上也使得坦克從反坦克武器的致命威脅下走出來，重新奪回了陸戰(zhàn)之王的寶座，可以毫不夸張的說，復(fù)合裝甲拯救了坦克這一兵器，使得坦克能夠在反坦克炮彈、導(dǎo)彈和火箭彈的穿透力不斷增大的今天依然能夠馳騁沙場(chǎng)。

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，軍用飛機(jī)在偵察敵情、奪取制空權(quán)、防空作戰(zhàn)、支援地面部隊(duì)和艦艇部隊(duì)作戰(zhàn)等方面，發(fā)揮著重要的作用。鈦及其合金在軍用飛機(jī)的制造方面大顯神通。由于飛機(jī)和導(dǎo)彈的速度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過音速，以前使用鋁合金的地方已經(jīng)無法滿足耐熱性的需求。鈦的密度小，又具有高的熱強(qiáng)性和持久強(qiáng)度，對(duì)振動(dòng)載荷及沖擊載荷作用下裂紋擴(kuò)展的敏感性低，并且有良好的腐蝕性，因此在發(fā)動(dòng)機(jī)及殼體結(jié)構(gòu)中優(yōu)先采用了高強(qiáng)度的鈦及鈦合金。80年代后，歐美設(shè)計(jì)的各種先進(jìn)軍用戰(zhàn)斗機(jī)和轟炸機(jī)中，鈦合金用量已經(jīng)穩(wěn)定在20%以上，如第三代戰(zhàn)斗機(jī)F-15鈦合金用量占27%，第四代戰(zhàn)斗機(jī)F-22鈦合金用量占41%。未來的航空航天飛行器及其推力系統(tǒng)要求鈦合金的強(qiáng)度、工作溫度和彈性模量更高，密度更小，成本更低。因此，近年來新型鈦合金的研發(fā)集中在高溫鈦合金、鈦鋁化合物為基的鈦合金以及阻燃鈦合金等。

核武器主要原料是鈾同樣是金屬材料在軍事裝備上的應(yīng)用。原子彈的爆炸機(jī)理主要有兩種：使用常規(guī)炸藥有規(guī)律地安放在鈾的周圍，然后使用電子雷管使這些炸藥精確的同時(shí)爆炸，產(chǎn)生的巨大壓力將鈾壓到一起，并被壓縮，達(dá)到臨界條件，發(fā)生爆炸；將兩塊總質(zhì)量超過臨界質(zhì)量的鈾塊合到一起，也會(huì)發(fā)生猛烈的爆炸。投擲在廣島的“小男孩”原子彈就是把一小塊的鈾透過槍管射向另一大塊鈾上，達(dá)到足夠的質(zhì)量。核武器爆炸，不僅釋放的能量巨大，而且核反應(yīng)過程非常迅速，微秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)即可完成。因此，在核武器爆炸周圍不大的范圍內(nèi)能形成極高的溫度，加熱并壓縮周圍空氣使之急速膨脹，產(chǎn)生高壓沖擊波。地面和空中核爆炸，還會(huì)在周圍空氣中形成火球，發(fā)出很強(qiáng)的光輻射。核反應(yīng)還產(chǎn)生各種射線和放射性物質(zhì)碎片，向外輻射的強(qiáng)脈沖射線與周圍物質(zhì)相互作用，造成電流的增長(zhǎng)和消失過程，其結(jié)果又產(chǎn)生電磁脈沖。這些不同于化學(xué)炸藥爆炸的特征，使核武器具備特有的強(qiáng)沖擊波、光輻射、早期核輻射、放射性沾染和核電磁脈沖等殺傷破壞作用。核武器的出現(xiàn)，對(duì)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)產(chǎn)生了重大影響。

隨著新軍事變革深入發(fā)展，推進(jìn)軍事轉(zhuǎn)型，構(gòu)建信息化軍隊(duì)，打贏信息化戰(zhàn)爭(zhēng)，已經(jīng)成為世界各國(guó)發(fā)展武器裝備的目標(biāo)牽引。各個(gè)軍事大國(guó)正加緊調(diào)整軍事戰(zhàn)略，以信息技術(shù)推動(dòng)信息化武器裝備發(fā)展。相信金屬材料以及一些新型合金在軍事裝備制造領(lǐng)域仍然會(huì)大有用武之地。不過我們堅(jiān)信，戰(zhàn)爭(zhēng)終有一天會(huì)被消滅，軍事裝備也會(huì)被鑄劍為犁。因?yàn)槟菬o數(shù)的硝煙與鮮血告訴我們，戰(zhàn)爭(zhēng)帶給人來的是動(dòng)蕩與苦難，唯有死者方能看到戰(zhàn)爭(zhēng)的終結(jié)，和平才是人類唯一智慧的選擇。

后記：這學(xué)期有幸能夠選上王老師的世界軍事裝備概論，聆聽了王老師關(guān)于軍事裝備發(fā)展的論述并且欣賞了關(guān)于朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)的紀(jì)錄片，受益頗深。以前一直對(duì)軍事裝備比較感興趣，曾經(jīng)從書本、網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行了一些了解但認(rèn)識(shí)較淺。王老師條理明晰分析透徹的授課大大滿足了我在軍事裝備方面的好奇心，在此對(duì)王老師的辛勤教授表示深深的謝意！由于知識(shí)方面的原因，論文不少資料數(shù)據(jù)來源于網(wǎng)絡(luò)，萬分感謝王老師能夠在百忙之中抽時(shí)間審閱我的論文，最后祝王老師工作順利、萬事如意！