ב-16 בינואר 2020, החברה שלנו עשתה פריצות דרך חדשות בייצור של חומרים צבאיים חדשים קרמיקה מיוחדת, כולל סגסוגות על, סיבי פחמן וחומרים קרמיים מיוחדים. לחומרים קרמיים מיוחדים יש יתרונות עצומים בהשוואה לחומרים קונבנציונליים: הצפיפות שלו היא רק 1/4 עד 1/3 מסגסוגת המתכת בטמפרטורה גבוהה, חוזק גבוה, עמידות בפני שחיקה, עמידות טובה בטמפרטורה גבוהה, עמידות לזחילה בטמפרטורה גבוהה, ניתנת ליישום ב לתחומי תעופה, צבא ותעשייה, במיוחד במנועי תעופה וחלל לחלקי קצה חמים יש יתרונות. 1) תחום מנועי אוויר: זהו החומר האידיאלי לפיתוח מנוע אווירי גבוה ביחס דחף למשקל, אשר צפוי להחליף סגסוגת על; 2) שדה תעופה וחלל: יכול לשמש עבור חלקי מבנה תרמיים של מנועי רקטות, מערכת הגנה תרמית של מטוסים וכו '; 3) תעשיית הרכב: שפר את ביצועי הרכב והפחתת משקל הגוף; 4) כוח גרעיני: יכול לשמש עבור רכיבים גרעיניים בטמפרטורה גבוהה וחומרי חיפוי דלק גרעיני; 5) נשק: לקנה.
משמש לשיפור היעילות של מנועי טורבינה
לקרמיקה יש עמידות בטמפרטורות גבוהות, וניתן להשתמש בחומרי מטריצה קרמיים ובציפוי מחסום תרמי קרמי כדי להגביר את היעילות של מנועי טורבינה. קרמיקה יכולה לפעול בטמפרטורות מעל 1100 מעלות צלזיוס עם מעט או ללא קירור, ורכיבי מטריצה קרמיים קלים ב-30 עד 50 אחוזים מסגסוגות מתכת בשימוש כיום. כאשר גם ציפוי המבער המרוכב וגם להבי הטורבינה מצופים בקרמיקה, ניתן להעלות את טמפרטורת הפעולה ל-1650 מעלות צלזיוס ולהגן על הרכיבים בסביבת הבעירה. ציפויים קרמיים מרובי רכיבים המבוססים על תחמוצת הפניום נבדקו ברציפות במשך 300 שעות ב-1650 מעלות.
משמש עבור מנוע מטוס ודיסק בלם מטוס
עבור מנועי אוויר, הגדלת הטמפרטורה של הגז הקדמי של הטורבינה היא הדרך הטכנית העיקרית להגביר את דחף המנוע. עם זאת, הטמפרטורה הנוכחית של הגז הקדמי של הטורבינה התקרבה בהדרגה לנקודת ההיתוך של סגסוגת העל עצמה, ויש מעט מקום לעלייה בטמפרטורה. לכן, יש צורך בחומרים חלופיים. לחומרי מטריצה קרמיים יש עמידות בטמפרטורה גבוהה וניתן להשתמש בהם עבור רכיבים חמים. התוצאות מראות שחומרי מטריצה קרמיים יכולים להעלות את טמפרטורת הגז של חזית הטורבינה ביותר מ-300K. יחד עם זאת, הצפיפות של חומר מרוכב מטריצה קרמי קטנה, מה שמסייע להפחתת משקל המנוע. ככל שתעשיית התעופה האזרחית ממשיכה לשאוף ליעילות רבה יותר בדלק, GE צופה שהשימוש בחומרי מטריצה קרמיים בתעופה יגדל פי עשרה במהלך העשור הבא. בהשוואה לדור הקודם של דיסק בלמים קרמי מפחמן, מקדם החיכוך הסטטי גדל פי 1-2, הנחתת ביצועי החיכוך הרטוב מופחת ביותר מ-60%, שיעור הבלאי מופחת ביותר מ-50%, וכן חיי השירות גדלים פי 1-2. מחזור הייצור מופחת ב-2/3, עלות הייצור מופחתת ב-1/3, צריכת האנרגיה מופחתת ב-2/3, וביצועי העלות גדלים פי 2-3. נכון לעכשיו, זהו החומר היחיד שנמצא בעולם שאינו יכול להחליש את התכונות הפיזיקליות בסביבת הטמפרטורה הגבוהה של 1500 מעלות. לאחר הקידום והיישום, זה יכול לחסוך כ-300 מיליון יואן עבור עלות המטוס האזרחי של סין מדי שנה.
עבור רכיבי מבנה תרמי של מנוע רקטי
ניתן להשתמש בחומרי מטריצה קרמיים במנועי רקטות. קומפוזיט מטריצה קרמי הוא חומר מבנה תרמי אידיאלי עבור מנוע רקטות נוזלי בגלל העמידות הגבוהה שלו להלם חום, היציבות הכימית הגבוהה להנעה נוזלית, עמידות בטמפרטורה גבוהה בהשוואה לחומרי מתכת ועמידות גבוהה לזחילה.
חומרי הגנה תרמית לרכבי חלל וטילים
במהלך תהליך כניסת החללית לאטמוספירה, הטמפרטורה של חרוט האף וקצה הכנף המוביל של החללית היא עד 1650 מעלות בגלל חימום אווירודינמי חזק. מערכת הגנה תרמית היא אחת הטכנולוגיות המרכזיות של חלליות. התכנון של מערכת ההגנה התרמית מהדור הראשון מבוסס על הרעיון של הפרדת שחרור חום מהמבנה, כלומר הוספת מערכת שחרור חום מחוץ למבנה הקירור. הפיתוח של חומרים מרוכבים C/SiC שילב את מבנה הנשיאה ושחרור החום של מטוסים. במיוחד לאחר התאונה שנגרמה כתוצאה מהכשל של מערכת ההגנה התרמית של קולומביה, חומר המטריצה הקרמי C/SiC משך יותר תשומת לב. המרכיבים של חומרי מבנה תרמיים כוללים קונוסים אף, סנפירים מנחים, כנפיים ולוחות כיסוי של מעבורות חלל וטילים.
לחומר בידוד נקבובי קרמי יש פיזור אחיד של נקבוביות, נקבוביות גבוהה, צפיפות נפח קטנה, עם שטח פנים ספציפי מפותח וביצועים ייחודיים, בהשוואה למבנה הגנה תרמית מתכת, מקדם ההתפשטות התרמי של אריחי בידוד נקבוביים קרמיים נמוך, גם אם הפרש הטמפרטורה הוא נמוך. גדול, לא ייצור מתח תרמי גדול ועיוות של החומר. יחד עם זאת, מכיוון שככל שהצפיפות של שכבת המגן התרמי נמוכה יותר, כך היעילות של שכבת המגן התרמי גבוהה יותר וככל שהמסה קטנה יותר, הצפיפות הנמוכה של אריחי הבידוד הנקבוביים הקרמיים יכולה להביא יכולת תמרון טובה יותר למטוס, להגדיל יותר. מטען, ועמידים בטמפרטורות גבוהות יותר. בהשוואה למבני הגנה תרמית גמישים, אריחי בידוד נקבוביים קרמיים יכולים לעמוד בשטף חום גבוה יותר, לעמוד בעומס מסוים ויכולים לשמור על הצורה האווירודינמית של המטוס ללא שינוי. בהתבסס על היתרונות לעיל, מבנה הגנה תרמי של אריחי בידוד נקבוביים קרמיים נעשה שימוש נרחב בכלי שיגור לשימוש חוזר, תופסים את רוב מערכת ההגנה התרמית של חלליות. על פי המבנה הפנימי של החומר, ניתן לחלק חומרי בידוד נקבוביים קרמיים לחומרי בידוד סיבים קרמיים וחומרי בידוד נקבוביות קרמיים. מסוקים צבאיים מסוימים מצוידים במערכות שריון קרמיות, כולל מושבי שריון קרמי, רכיבים קרמיים ומערכות לוחות קרמיים. בנוסף, מרוכבים מטריצות קרמיקה משמשים גם בכלי הלחימה המשוריינים של הצבא, כמו כלי המשוריין הבינוני סטרייקר.
משמש במערכות אופטיות כגון מראות לווין
חומרים קרמיים שקופים עבור סוגים מסוימים של אנרגיה, כגון אור או צורה דומה אחרת, כך שניתן להשתמש בקרמיקה בכיפות אינפרא אדום, בהגנה על חיישנים ובחלונות רב-ספקטרליים. בנוסף למאפיינים האופטיים, לחומרים קרמיים מתקדמים יש עמידות בפני שחיקה, חוזק גבוה ויציבות תרמית הרצויה במכשירים אלו. דרישות הביצועים של חומרי מראות לוויין הן צפיפות נמוכה, קשיחות ספציפית גדולה, מקדם התפשטות תרמית נמוך CTE, מוליכות תרמית גבוהה, חוזק וקשיות מתאימים, יכולת עיצוב וכו'. לעיבוד של מראות זכוכית ומראות מתכת למראות גדולות וקלות יש מסוימות מגבלות. לכן, המראה המרוכבת C/SiC נחקרת בבית ומחוץ, לחומר המרוכב יש צפיפות נמוכה, קשיחות גבוהה, מקדם התפשטות תרמית קטן בטמפרטורות נמוכות ומוליכות תרמית טובה, תכונות תרמיות ומכניות הן אידיאליות, ויכול לקבל משטח מעולה ליטוש, הוא חומר בסיס מראה לוויין אידיאלי מאוד. ארצות הברית, רוסיה, גרמניה, קנדה וכו', באמצעות חומר מרוכב סיליקון קרביד מחוזק בסיבי פחמן (Cf/SiC) שהוכן
מראה בעל ביצועים גבוהים
חומר קרמי זכוכית בעל תכונות מיוחדות משמש בפגזי ארטילריה אלקטרומגנטיים של חלונות בגלל התכונות החשמליות המצוינות שלו ועמידותו בטמפרטורה גבוהה. קרמיקת זכוכית מיוחדת משמשת בחלון האלקטרומגנטי של משגר אקדח בגלל ההתנגדות שלו לטמפרטורה גבוהה ותכונות החשמל המתאימות. לסיליקון ניטריד (קרמיקה שאינה תחמוצת) יש חוזק מכני ותכונות דיאלקטריות מעולות, והוא משמש ברדום המכ"ם של מערכות ההגנה האוויריות העדכניות ביותר של טילים. מיקרוגלים או אנרגיה אחרת יכולים לעבור דרך החומר הזה כדי לאתר מטרות. החוזק המכני הגבוה שלו מאפשר למערכת הטילים לעמוד בשחיקה ובשינויי הטמפרטורה המתרחשים במהלך טיסה במהירות יתר באטמוספרה. קרמיקה של תחמוצת ננו-איטריום (סוג של קרמיקה תחמוצת) מפותחת גם לשימוש בחלונות שקופים אינפרא אדום של טילים.
גם חומרים שקופים כמו שמשות, מגני פיצוץ וחיישני מטוסים מפותחים לשימוש בתעופה. החומר הקרמי ספינל (מגנזיום אלומינט) המתאים לחיישן הוא בעל תכונות אופטיות מצוינות באזור האינפרא אדום, בעוד שהתקן ההגנה הקודם סופג אנרגיה, ומשפיע על יעילות תקשורת האות. הדרישה לקבלים קרמיים צבאיים למכשירי מידע אלקטרוניים היא חזקה. קרמיקה אלקטרונית בנוסף לשימוש נרחב בתחום האזרחי, עם האצת טכנולוגיית המידע של כלי נשק וציוד, כגון קבלים קרמיים כגון קרמיקה אלקטרונית בתחום הצבאי, גוברת הביקוש, במיוחד הקבל הקרמי הרב-שכבתי שבב (MLCC) , נתח שוק של יותר מ-90%), ולשוק הצבאי דרישות איכות גבוהות יותר עבור קבלים. גודל השוק של הקבלים הקרמיים הצבאיים של סין שמר על צמיחה של יותר מ-10% לאורך השנים.
חומרים קרמיים וחומרי מטריצה קרמיים משמשים בשריון
כגון שריון גוף, מטוסי קרב וכלי רכב משוריינים שכבת הגנה. שריון גוף מורכב בעיקר ממעיל ושכבה חסינת כדורים משני חלקים, שכבה חסינת כדורים יכולה לספוג את האנרגיה הקינטית של ראש הנפץ או הרסיס, לראש נפץ או רסיס במהירות נמוכה יש אפקט מגן ברור, בשליטה של שקע מסוים יכול להפחית את נזק לחזה האדם, הבטן. ניתן להשתמש בחומרי מטריצה קרמיים של בורון קרביד וסיליקון קרביד בכבישה חמה ליצירת חפיסות קסדות חזקות נגד תקיפה. סין היא שלושת יצרניות השריון הגדולות בעולם, בשוק הבינלאומי, מחיר השריון בארצנו הוא כ-500 דולר, בעוד שמחיר השריון במדינות אחרות הוא כ-800 דולר, מבחינת עלויות ייצור. , למדינה שלנו יש יתרונות. בהשוואה לחומרים מסורתיים כמו פלסטיק ומתכות, לחומרים קרמיים מתקדמים יש יתרונות של קל משקל, עמידות בטמפרטורה גבוהה, קשיות גבוהה, עמידות בחיכוך, עמידות בפני קורוזיה, מקדם חיכוך קטן ומוליכות מיוחדת. חומרי גיליונות קרמיים הנפוצים הם טיטניום דיבוריד, בורון קרביד, סיליקון קרביד, אלומינה וכן הלאה. הוא נמצא בשימוש נרחב בשריון גוף קל משקל ועמיד נגד רובים בקליבר בינוני. קרמיקה של בורון קרביד וסיליקון קרביד בכבישה חמה יכולה לייעל את השילוב המבני של חומרים מרוכבים ליצירת לוחות שריון חזקות העמידות בפני פגיעות מרובות. מסוקים צבאיים אפאצ'י, גאזל, סופר פומה, סופר קוברה, בלאק הוק, צ'ינוק ומסוקים צבאיים נוספים מצוידים במערכות שריון קרמיות הכוללות רכיבים כמו מושבי שריון קרמי, רכיבים קרמיים ומערכות פאנלים קרמיים.