در 16 ژانویه 2020، شرکت ما پیشرفت های جدیدی در تولید مواد جدید نظامی سرامیک های ویژه، از جمله سوپرآلیاژها، الیاف کربن و مواد سرامیکی ویژه داشته است. مواد سرامیکی ویژه در مقایسه با مواد معمولی مزایای زیادی دارند: چگالی آن تنها 1/4 تا 1/3 آلیاژ فلزی با دمای بالا است، استحکام بالا، مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر دمای بالا، مقاومت در برابر خزش در دمای بالا، قابل استفاده در در زمینه های هوانوردی، نظامی و صنعتی، به ویژه در موتورهای هوافضا، قطعات انتهای داغ دارای مزایایی هستند. 1) میدان موتور هوا: این ماده ایده آل برای توسعه موتور هوا با نسبت رانش به وزن بالا است که انتظار می رود جایگزین سوپر آلیاژ شود. 2) میدان هوافضا: می توان برای قطعات ساختاری حرارتی موتور موشک، سیستم حفاظت حرارتی هواپیما و غیره استفاده کرد. 3) صنعت خودرو: بهبود عملکرد خودرو و کاهش وزن بدن. 4) انرژی هسته ای: می تواند برای اجزای هسته ای با دمای بالا و مواد روکش سوخت هسته ای استفاده شود. 5) سلاح: برای لوله.
برای بهبود راندمان موتورهای توربین استفاده می شود
سرامیک ها مقاومت دمایی بالایی دارند و می توان از کامپوزیت های زمینه سرامیکی و پوشش های سد حرارتی سرامیکی برای افزایش راندمان موتورهای توربین استفاده کرد. سرامیک ها می توانند در دماهای بالاتر از 1100 درجه سانتیگراد با خنک کاری کم یا بدون خنک کننده کار کنند و کامپوزیت های زمینه سرامیکی 30 تا 50 درصد سبک تر از آلیاژهای فلزی مورد استفاده فعلی هستند. هنگامی که هم پوشش مشعل کامپوزیت و هم پره های توربین با سرامیک پوشانده می شوند، دمای عملیاتی را می توان تا 1650 درجه سانتیگراد افزایش داد و قطعات را می توان در محیط احتراق محافظت کرد. پوشش های سرامیکی چند جزئی مبتنی بر اکسید هافنیوم به مدت 300 ساعت به طور مداوم در دمای 1650 درجه آزمایش شدند.
برای موتور هواپیما و دیسک ترمز هواپیما استفاده می شود
برای موتورهای هوایی، افزایش دمای گاز جلوی توربین، راه اصلی فنی برای افزایش نیروی رانش موتور است. با این حال، دمای فعلی گاز جلوی توربین به تدریج به نقطه ذوب خود سوپرآلیاژ نزدیک شده است و فضای کمی برای افزایش دما وجود دارد. بنابراین، مواد جایگزین مورد نیاز است. کامپوزیت های ماتریکس سرامیکی مقاومت دمایی بالایی دارند و می توان از آنها برای قطعات داغ استفاده کرد. نتایج نشان می دهد که کامپوزیت های زمینه سرامیکی می توانند دمای گاز جلوی توربین را بیش از 300K افزایش دهند. در عین حال، چگالی مواد کامپوزیت زمینه سرامیکی کم است که منجر به کاهش وزن موتور می شود. از آنجایی که صنعت هوانوردی غیرنظامی به دنبال بهره وری بیشتر سوخت است، جنرال الکتریک انتظار دارد که استفاده از کامپوزیت های ماتریس سرامیکی در هوانوردی در دهه آینده ده برابر افزایش یابد. در مقایسه با نسل قبلی دیسک ترمز سرامیکی کربنی، ضریب اصطکاک استاتیک 1-2 برابر افزایش می‌یابد، تضعیف عملکرد اصطکاک مرطوب بیش از 60% کاهش می‌یابد، نرخ سایش بیش از 50% کاهش می‌یابد. عمر سرویس 1-2 برابر افزایش یافته است. چرخه تولید 2/3 کاهش می یابد، هزینه تولید 1/3 کاهش می یابد، مصرف انرژی 2/3 کاهش می یابد، و عملکرد هزینه 2-3 برابر افزایش می یابد. در حال حاضر، این تنها ماده ای است که در جهان یافت می شود که نمی تواند خواص فیزیکی را در محیط دمای بالای 1500 درجه کاهش دهد. پس از تبلیغ و درخواست، می تواند سالانه حدود 300 میلیون یوان برای هزینه هواپیمای غیرنظامی چین صرفه جویی کند.
برای اجزای ساختار حرارتی موتور موشک
کامپوزیت های ماتریس سرامیکی را می توان در موتورهای موشک استفاده کرد. کامپوزیت ماتریس سرامیکی به دلیل مقاومت در برابر شوک حرارتی بالا، پایداری شیمیایی بالا در برابر پیشران مایع، مقاومت در برابر دمای بالا در مقایسه با مواد فلزی و مقاومت در برابر خزش بالا، یک ماده ساختار حرارتی ایده آل برای موتور موشک مایع است.
مواد حفاظت حرارتی برای وسایل نقلیه فضایی و موشک
در طول فرآیند ورود فضاپیما به جو، دمای مخروط دماغه و لبه جلویی بال فضاپیما به دلیل گرمایش آیرودینامیکی قوی به 1650 درجه می رسد. سیستم حفاظت حرارتی یکی از فناوری های کلیدی فضاپیماها است. طراحی نسل اول سیستم حفاظت حرارتی بر اساس ایده جداسازی انتشار گرما از سازه است، یعنی اضافه کردن سیستم انتشار حرارت در خارج از ساختار خنک کننده. توسعه کامپوزیت های C/SiC ساختار حمل و انتشار حرارت هواپیما را یکپارچه کرده است. به خصوص پس از حادثه ناشی از خرابی سیستم حفاظت حرارتی کلمبیا، کامپوزیت ماتریس سرامیکی C/SiC بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. اجزای مواد ساختاری حرارتی شامل مخروط های دماغه، باله های راهنما، بال ها و صفحات پوششی شاتل های فضایی و موشک ها است.
مواد عایق متخلخل سرامیکی دارای توزیع یکنواخت منافذ، تخلخل بالا، تراکم حجم کم، با سطح ویژه توسعه یافته و عملکرد منحصر به فرد است، در مقایسه با ساختار محافظ حرارتی فلزی، ضریب انبساط حرارتی کاشی عایق متخلخل سرامیکی پایین است، حتی اگر اختلاف دما باشد. بزرگ، تنش حرارتی زیاد و تغییر شکل مواد ایجاد نمی کند. در عین حال، از آنجایی که هرچه چگالی لایه سپر حرارتی کمتر باشد، بازده لایه سپر حرارتی بیشتر و جرم کوچکتر باشد، چگالی کم کاشی عایق متخلخل سرامیکی می تواند مانور بهتری را برای هواپیما به ارمغان بیاورد و باعث افزایش بیشتر شود. محموله، و تحمل دماهای بالاتر. در مقایسه با ساختارهای محافظ حرارتی انعطاف پذیر، کاشی های عایق متخلخل سرامیکی می توانند شار حرارتی بالاتری را تحمل کنند، بار خاصی را تحمل کنند و می توانند شکل آیرودینامیکی هواپیما را بدون تغییر نگه دارند. بر اساس مزایای فوق، ساختار محافظ حرارتی کاشی عایق متخلخل سرامیکی به طور گسترده در وسایل نقلیه پرتاب قابل استفاده مجدد مورد استفاده قرار گرفته است و بیشتر سیستم حفاظت حرارتی فضاپیما را اشغال می کند. با توجه به ساختار داخلی مواد، مواد عایق متخلخل سرامیکی را می توان به مواد عایق الیاف سرامیکی و مواد عایق منافذ سرامیکی تقسیم کرد. برخی از هلیکوپترهای نظامی به سیستم‌های زرهی سرامیکی از جمله صندلی‌های زرهی سرامیکی، قطعات سرامیکی و سیستم‌های پانل سرامیکی مجهز هستند. علاوه بر این، کامپوزیت های ماتریس سرامیکی نیز در خودروهای جنگی زرهی ارتش مانند خودروی زرهی متوسط Stryker استفاده می شود.
در سیستم های نوری مانند آینه های ماهواره ای استفاده می شود
مواد سرامیکی برای انواع خاصی از انرژی، مانند نور، یا اشکال مشابه دیگر شفاف هستند، بنابراین سرامیک ها را می توان در گنبدهای مادون قرمز، محافظ حسگر و پنجره های چند طیفی استفاده کرد. مواد سرامیکی پیشرفته علاوه بر خواص نوری، مقاومت در برابر سایش، استحکام بالا و پایداری حرارتی مورد نظر این دستگاه ها را دارند. الزامات عملکرد مواد آینه ماهواره ای چگالی کم، سختی ویژه زیاد، ضریب انبساط حرارتی پایین CTE، هدایت حرارتی بالا و استحکام و سختی مناسب، قابلیت طراحی و غیره است. محدودیت ها بنابراین، آینه کامپوزیت C/SiC در داخل و خارج از کشور در حال مطالعه است، مواد کامپوزیت دارای چگالی کم، سفتی بالا، ضریب انبساط حرارتی کوچک در دماهای پایین و هدایت حرارتی خوب است، خواص حرارتی و مکانیکی ایده آل است و می تواند سطح عالی داشته باشد. پولیش، یک ماده پایه آینه ماهواره ای بسیار ایده آل است. ایالات متحده، روسیه، آلمان، کانادا و غیره، با استفاده از مواد کامپوزیت سیلیکون کاربید تقویت شده با فیبر کربن (Cf/SiC) تهیه کردند.
آینه با کارایی بالا
یک ماده شیشه سرامیک با خواص ویژه در گلوله های توپخانه پنجره الکترومغناطیسی به دلیل خواص الکتریکی عالی و مقاومت در برابر دمای بالا استفاده می شود. در پنجره الکترومغناطیسی لانچر تفنگ از یک شیشه سرامیک مخصوص به دلیل مقاومت در برابر دمای بالا و خواص الکتریکی مناسب استفاده می شود. نیترید سیلیکون (سرامیک های غیر اکسیدی) دارای استحکام مکانیکی و خواص دی الکتریک عالی است و در رادارهای رادار جدیدترین سیستم های دفاع هوایی موشکی استفاده می شود. امواج مایکروویو یا سایر انرژی ها می توانند از این مواد عبور کنند تا اهداف را تعیین کنند. استحکام مکانیکی بالای آن به سیستم موشکی اجازه می دهد تا در برابر فرسایش و تغییرات دمایی که در طول پرواز با سرعت زیاد در جو رخ می دهد، مقاومت کند. سرامیک های اکسید ایتریم نانو (نوعی از سرامیک های اکسیدی) نیز برای استفاده در پنجره های شفاف مادون قرمز موشک توسعه می یابند.
مواد شفافی مانند شیشه جلو، سپر انفجار و حسگرهای هواپیما نیز برای استفاده در هوانوردی در حال توسعه هستند. ماده سرامیکی اسپینل (آلومینات منیزیم) مناسب برای سنسور دارای خواص نوری عالی در ناحیه مادون قرمز است، در حالی که دستگاه محافظ قبلی انرژی را جذب می کند و بر راندمان ارتباط سیگنال تأثیر می گذارد. تقاضا برای خازن های سرامیکی نظامی برای دستگاه های الکترونیکی اطلاعاتی قوی است. سرامیک های الکترونیکی علاوه بر کاربرد گسترده در زمینه غیرنظامی، با شتاب فناوری اطلاعات تسلیحات و تجهیزات مانند خازن های سرامیکی مانند سرامیک های الکترونیکی در حوزه نظامی، تقاضای رو به افزایش به ویژه خازن های سرامیکی چند لایه تراشه (MLCC) را افزایش می دهد. ، سهم بازار بیش از 90٪، و بازار نظامی نیازهای کیفیت بالاتری برای خازن دارد. اندازه بازار خازن های سرامیکی نظامی چین در طول سال ها رشد بیش از 10 درصدی را حفظ کرده است.
در زره پوش از مواد سرامیکی و کامپوزیت های زمینه سرامیکی استفاده می شود
مانند زره بدنه، هواپیماهای جنگی و لایه محافظ خودروهای زرهی. زره بدن عمدتا از دو قسمت ژاکت و لایه ضد گلوله تشکیل شده است، لایه ضد گلوله می تواند انرژی جنبشی کلاهک یا ترکش را جذب کند، سرجنگی یا ترکش با سرعت کم دارای اثر محافظتی آشکار است، در کنترل یک فرورفتگی خاص می تواند باعث کاهش فشار شود. آسیب به قفسه سینه انسان، شکم. کامپوزیت های ماتریکس سرامیکی کاربید بور و کاربید سیلیکون با فشار داغ می توانند برای ایجاد عرشه های کلاه ایمنی ضد حمله قوی استفاده شوند. چین سه تولید کننده بزرگ زره بدن در جهان است، در بازار بین المللی قیمت زره بدن در کشور ما حدود 500 دلار آمریکا است، در حالی که قیمت زره بدن در سایر کشورها حدود 800 دلار آمریکا از نظر هزینه های ساخت است. ، کشور ما مزایایی دارد. در مقایسه با مواد سنتی مانند پلاستیک و فلزات، مواد سرامیکی پیشرفته دارای مزایای وزن سبک، مقاومت در برابر درجه حرارت بالا، سختی بالا، مقاومت در برابر اصطکاک، مقاومت در برابر خوردگی، ضریب اصطکاک کوچک و رسانایی ویژه هستند. معمولاً از مواد ورق سرامیکی استفاده می شود دیبورید تیتانیوم، کاربید بور، کاربید سیلیکون، آلومینا و غیره. این به طور گسترده ای در زره های بدن سبک و بادوام در برابر تفنگ های کالیبر متوسط استفاده می شود. پرس گرم کاربید بور و سرامیک کاربید سیلیکون می توانند ترکیب ساختاری مواد کامپوزیتی را برای ایجاد صفحات زرهی قوی مقاوم در برابر ضربه های متعدد بهینه کنند. آپاچی، گازل، سوپر پوما، سوپر کبرا، بلک هاوک، شینوک و سایر هلیکوپترهای نظامی مجهز به سیستم های زرهی سرامیکی هستند که شامل قطعاتی مانند صندلی های زرهی سرامیکی، اجزای سرامیکی و سیستم های پنل سرامیکی است.