Materiales cerámicos en aplicaciones militares
Hablando en general,materiales cerámicosse refiere a todos los materiales distintos de los materiales orgánicos y metálicos, a saber, materiales inorgánicos no metálicos. Hay varios tipos de productos cerámicos, con sus composiciones químicas, composiciones minerales, propiedades físicas y métodos de fabricación a menudo estrechamente entrelazados sin límites claros, pero con diferencias significativas en las aplicaciones. Por lo tanto, es difícil clasificarlos rígidamente en varios sistemas y los métodos de clasificación detallados varían. Hasta el momento no existe un método de clasificación unificado a nivel internacional. Según las técnicas de preparación y campos de aplicación de la cerámica, se pueden dividir en materiales cerámicos tradicionales y materiales cerámicos avanzados.
Cerámica tradicional:Tradicionalmente, la cerámica se refiere a diversos productos elaborados a partir de arcilla y minerales naturales mediante procesos como trituración, mezcla, moldeado y cocción. Se les conoce comúnmente como"cerámica común"o la cerámica tradicional, como la cerámica de uso diario y la cerámica sanitaria arquitectónica.
Cerámica avanzada: Según su composición química, se pueden dividir encerámica de óxido, cerámicas de nitruro,cerámica de carburo,cerámicas de boruro, cerámicas de siliciuro, cerámicas de fluoruro, cerámicas de sulfuro, etc. Según sus propiedades y usos, se pueden clasificar en cerámicas funcionales y cerámicas estructurales. Las cerámicas funcionales se basan principalmente en las funciones especiales de los materiales, incluidas las propiedades eléctricas, magnéticas, biológicas, térmicas y ópticas, como las cerámicas aislantes y dieléctricas, las cerámicas ferroeléctricas, las cerámicas piezoeléctricas, los semiconductores y las cerámicas sensibles; La cerámica estructural se basa principalmente en los usos mecánicos y estructurales de materiales, presentando alta resistencia, alta dureza, resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión y resistencia a la oxidación.
La cerámica funcional representa aproximadamente el 70% de la cuota de mercado de la cerámica avanzada, siendo el resto cerámica estructural. Las aplicaciones militares de los materiales cerámicos se centran principalmente en materiales estructurales y dispositivos electrónicos:
1 、 Utilizado en motores de aviones
Los compuestos de matriz cerámica se utilizan en los componentes de la sección caliente de los motores de aviones debido a su resistencia a altas temperaturas. Los estudios han demostrado que los compuestos de matriz cerámica pueden aumentar la temperatura del gas de entrada de la turbina en más de 300 K. Además, los compuestos de matriz cerámica tienen una baja densidad, lo que contribuye a la reducción del peso del motor. Con la búsqueda continua de la eficiencia del combustible en la industria de la aviación civil, GE Aviation espera que la aplicación de compuestos de matriz cerámica en la aviación se multiplique por diez en la próxima década.
2 、 Utilizado en discos de freno de aviones.
En comparación con los discos de freno de carburo de silicio, los discos de freno cerámicos de carbono exhiben un aumento de 1 a 2 veces en el coeficiente de fricción estática, una reducción de más del 60 % en la degradación del rendimiento de la fricción húmeda, una disminución de más del 50 % en la tasa de desgaste y un aumento del doble al doble. en la vida útil. El ciclo de producción se reduce en dos tercios, los costos de producción se reducen en un tercio, el consumo de energía se reduce en dos tercios y la rentabilidad se mejora entre dos y tres veces. Actualmente es el único material descubierto internacionalmente que mantiene sus propiedades físicas sin deterioro en ambientes de alta temperatura de hasta 1500 ℃. Una adopción generalizada podría ahorrar aproximadamente 300 millones de RMB en costos anuales para los aviones de aviación civil chinos.
3 、 Utilizado en componentes estructurales térmicos de motores de cohetes.
Los compuestos de matriz cerámica se pueden utilizar en motores de cohetes debido a su alta resistencia al choque térmico, alta estabilidad química con propulsores líquidos, resistencia a altas temperaturas en comparación con los materiales metálicos y alta resistencia a la fluencia, lo que los convierte en materiales ideales para componentes estructurales térmicos de cohetes líquidos. motores.
4 、 Utilizado en protección térmica de naves espaciales y misiles.
Durante el reingreso a la atmósfera, las naves espaciales experimentan un intenso calentamiento aerodinámico, con temperaturas en el cono de la nariz y los bordes de ataque de las alas que alcanzan hasta 1650°C. Los sistemas de protección térmica son cruciales para las naves espaciales. El desarrollo de materiales compuestos de C/SiC permite la integración de funciones estructurales y de disipación de calor, especialmente después del desastre de Columbia, lo que atrajo más atención a los compuestos de matriz cerámica de C/SiC. Los componentes de los materiales estructurales térmicos incluyen conos de nariz, canards, alas y cubiertas de naves espaciales y misiles.
5 、 Utilizado en reflectores de satélite
Los requisitos para los materiales de los reflectores de satélite incluyen baja densidad, alta rigidez específica, bajo coeficiente de expansión térmica (CTE) a bajas temperaturas, alta conductividad térmica, resistencia y dureza adecuadas y flexibilidad de diseño. Los reflectores de vidrio y metal tienen limitaciones a la hora de procesar reflectores grandes y livianos. Por ello, se están investigando a nivel internacional los reflectores de material compuesto C/SiC. Estos materiales compuestos tienen baja densidad, alta rigidez, bajo CTE a bajas temperaturas, buena conductividad térmica, propiedades térmicas y mecánicas ideales y pueden pulirse excelentemente, lo que los convierte en materiales ideales para bases de reflectores de satélite.
6 、 Utilizado en protección física contra balas.
El carburo de silicio se puede utilizar en capas protectoras como chalecos antibalas, aviones de combate y vehículos blindados. Los chalecos antibalas constan principalmente de una cubierta y una capa protectora, que pueden absorber la energía cinética de balas o fragmentos, proporcionando una protección significativa contra balas o fragmentos de baja velocidad y reduciendo el daño en el pecho y el abdomen dentro de ciertos límites de indentación. Los compuestos de matriz cerámica de carburo de silicio se pueden utilizar para fabricar placas de armadura resistentes a impactos.
7 、 Utilizado en armaduras de aviones.
Algunos helicópteros militares están equipados con sistemas de blindaje cerámico, incluidos asientos, componentes y sistemas de paneles blindados de cerámica. Además, los compuestos de matriz cerámica se utilizan en vehículos blindados del ejército, como el vehículo blindado medio Stryker.
8 、 Utilizado en dispositivos electrónicos informatizados.
Existe una fuerte demanda de condensadores cerámicos militares. Además de ser ampliamente utilizados en campos civiles, con la aceleración de la informatización de armas y equipos, la demanda de cerámicas electrónicas como los condensadores cerámicos en el campo militar está aumentando continuamente, especialmente los condensadores cerámicos multicapa de chip.
Los materiales cerámicos desempeñan un papel importante en la industria militar moderna debido a sus propiedades únicas, como resistencia a altas temperaturas, alta resistencia, ligereza, propiedades de aislamiento eléctrico y térmico, etc. Con el avance de la tecnología y el desarrollo de nuevas tecnologías de materiales, la aplicación Se espera que el alcance de los materiales cerámicos se amplíe aún más, proporcionando soluciones críticas a muchos desafíos que enfrenta el mundo hoy en día.
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