編者按：

　　材料是人類賴以生存的物質基礎。人類社會(hui) 不斷地發展進步，就在於(yu) 人類能夠利用材料製造工具並用來改造世界。正所謂“一代材料，一代裝備”。新型材料的誕生與(yu) 發展，會(hui) 推動武器裝備和作戰樣式出現重大變革。那麽(me) ，從(cong) 古至今，材料在戰爭(zheng) 中的應用發生了哪些變化？即日起，科普中國軍(jun) 事科技前沿將推出《材料改變戰爭(zheng) 》係列科普文章進行解讀，歡迎關(guan) 注。

　　也不知道是至何時起，人類的戰爭(zheng) 已經近乎完全脫離了天然金屬與(yu) 動植物材料，進入了混雜金屬、塑料和單晶矽等提純礦物的全新時代。

　　一夜之間，所謂“純天然更珍貴”的論調幾乎就變得徹底過時。觀察家們(men) 收起了對畜牧林業(ye) 的監測表，轉而把目光投向實驗室、合成車間和高等院校——名為(wei) “材料科學”的蝴蝶將在那裏扇起翅膀，把風暴帶上遙遠的戰場。

　　圖為(wei) GE9X發動機的單片渦輪扇葉，部分應用了增材技術進行鑄造。（圖源：GE）

　　物以稀為(wei) 貴：寸土寸金的稀土合金

　　以“不鏽鋼”為(wei) 代表，現代冶金工業(ye) 算是摸到了千百年來所謂“玄鐵”的門路：在尋常鋼鐵中投入鉻、釩、鎳等金屬元素，或是控製磷、硫等元素的含量，能夠極大強化其機械或化學性能，同時可以通過機械或熱加工手段消除相應副作用。

　　但隨著對金屬材料的性能要求呈指數性上升，這些添加常見元素的法子開始不太頂用。辦法倒是現成：元素周期表後頭還有大量的金屬元素可以拿來逐一“試錯”，甭管要電還是磁還是化學機械，抑或是更少見的發光、催化和儲(chu) 能性能，總之挨個(ge) 試就對了。

　　當然我們(men) 現在都知道，比方說镓於(yu) 雷達、釹於(yu) 激光器與(yu) 磁體(ti) 、錸於(yu) 渦扇發動機葉片、鉭於(yu) 高溫塗層，這些稀土元素在各自的細分領域都價(jia) 值非凡，隻要“加一點“，尋常鋼鐵、鋁合金與(yu) 鈦合金的表現就能脫胎換骨，顯出截然不同的性能來。

　　沒錯，往金屬材料裏加稀土元素這件事不難，但前提是如何把稀土元素從(cong) 石頭裏煉出來，同時把雜質排除掉——如果不能做到這一點，那就是手握萬(wan) 噸稀土礦也枉然。

　　從(cong) 簡單到極致：獨占鼇頭的碳纖維複合材料

　　圖為(wei) 應用碳複合材料一體(ti) 成型技術的川崎重工機身產(chan) 線，為(wei) 波音787客機代工。（圖源：seattletimes）

　　碳首次以“纖維”的角度展現在世人麵前，其實已經是一百多年前的事情了。那時候碳絲(si) 還在惰性氣體(ti) 的保護下，被陳列在玻璃燈罩當中，用來接通電源發出光芒。

　　然後，造價(jia) 更低且壽命更持久的鎢絲(si) 出現了。碳絲(si) 被迅速排除出燈絲(si) 領域，至此沉寂了數十年，直到美蘇圍繞著核彈頭、導彈和火箭領域開始新一輪爭(zheng) 奪，碳纖維才從(cong) 冷宮中被再度發現，進入到主流科學領域。

　　簡單來說，洲際彈道導彈的彈頭頭錐在返回大氣層時，將與(yu) 稠密空氣發生“不減速”的劇烈摩擦，由此能夠產(chan) 生數千攝氏度的高溫，曾經替代碳絲(si) 的鎢熔點不過三千多攝氏度，根本不夠使。

　　那咋辦？先進碳纖維再次站了出來。與(yu) 耐熱陶瓷複合之後，碳纖維已經廣泛地出現在洲際彈道導彈的彈體(ti) 、頭錐和彈翼等領域，到上世紀80年代時更有全用碳纖維纏繞製成的固體(ti) 彈道導彈，其製造成本和性能均非金屬彈體(ti) 可比。

　　而隨著冷戰結束，這類先進技術也開始逐漸下放到航天之外的軍(jun) 事領域：第五代戰鬥機已經開始廣泛使用碳纖維製造的個(ge) 體(ti) 部件，諸如波音787、空客A350等大飛機也開始應用碳纖維整體(ti) 纏繞製成的機翼，甚至是機身大段……除了在可修複性方麵暫時得不到證明，實驗室模擬和實際應用均已經證明，碳纖複合材料在未來戰場上隻會(hui) 愈發多見且強大，乃至於(yu) 即便預言它將取代鋼鐵，那也是一點都不過分。

　　化腐朽為(wei) 神奇：增材成型技術與(yu) 聚合物材料

　　圖為(wei) 使用3D打印技術製造的FGC-9衝(chong) 鋒槍。（圖源：ARES）

　　想象一下，如果有這麽(me) 一台機器，隻需輸入指令，同時具備足夠的幾種資源，即可現場製造長槍短炮、備件彈藥，那麽(me) 困擾幾乎所有軍(jun) 隊的後勤問題無疑就迎刃而解——要知道一支現代化的重裝部隊往往要攜帶多達數百種零備件、數十種不同用途和標號的滑油、最少十幾種彈藥，少了其中一環整個(ge) 作戰體(ti) 係就有崩潰危險。

　　不過，這個(ge) 有些科幻的想法，卻也逐漸成為(wei) 現實：增材成型技術，也即俗稱“3D打印機”的出現和興(xing) 起，不僅(jin) 讓製造企業(ye) 紛紛選擇工業(ye) 級打印機，替代複雜的傳(chuan) 統加工產(chan) 線，更讓麵向消費者的桌麵級打印機價(jia) 格接連下降，幾乎到了“滑坡”的地步；同樣，配套的成型材料也隨著產(chan) 能提升價(jia) 格猛降，至少現在使用成型樹脂來為(wei) 替換零件進行“打樣”，已經是穩賺不賠的買(mai) 賣。

　　而技術的演進，往往也很出乎人的意料：在各國武裝力量廣泛應用3D打印機“打印武器”之前，就已經有民間組織絞盡腦汁，應用桌麵級3D打印機和尋常聚合物造出槍支。

　　這種“化腐朽為(wei) 神奇”般的場景究竟是不是又打開了一個(ge) “潘多拉之盒”，或許還要等後世人加以評說。

　　出品：科普中國軍(jun) 事科技前沿

　　策劃：趙清建

　　製作：旋鈕工作室

　　監製：光明網科普事業(ye) 部


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