Keramische Materialien in militärischen Anwendungen
Allgemein gesprochen,keramische Materialienbeziehen sich auf alle Materialien außer organischen und metallischen Materialien, nämlich anorganische nichtmetallische Materialien. Es gibt verschiedene Arten von Keramikprodukten, deren chemische Zusammensetzung, Mineralzusammensetzung, physikalische Eigenschaften und Herstellungsmethoden oft eng miteinander verflochten sind, ohne klare Grenzen, aber dennoch erhebliche Unterschiede in den Anwendungen aufweisen. Daher ist es schwierig, sie streng in mehrere Systeme zu klassifizieren, und die detaillierten Klassifizierungsmethoden variieren. Derzeit gibt es international keine einheitliche Klassifizierungsmethode. Je nach Herstellungstechnik und Anwendungsgebiet der Keramik lassen sie sich in traditionelle Keramikmaterialien und fortschrittliche Keramikmaterialien unterteilen.
Traditionelle Keramik:Unter Keramik versteht man traditionell verschiedene Produkte, die aus Ton und natürlichen Mineralien durch Prozesse wie Zerkleinern, Mischen, Formen und Brennen hergestellt werden. Sie werden allgemein als bezeichnet"gewöhnliche Keramik"oder traditionelle Keramik, wie Alltagskeramik und Architektur-Sanitärkeramik.
Hochleistungskeramik: Nach der chemischen Zusammensetzung können sie unterteilt werden inOxidkeramik, Nitridkeramik,Karbidkeramik,Boridkeramik, Silizidkeramik, Fluoridkeramik, Sulfidkeramik usw. Je nach Eigenschaften und Verwendung können sie in Funktionskeramik und Strukturkeramik eingeteilt werden. Funktionskeramik basiert hauptsächlich auf den besonderen Funktionen von Materialien, einschließlich elektrischer, magnetischer, biologischer, thermischer und optischer Eigenschaften, wie z. B. isolierende und dielektrische Keramik, ferroelektrische Keramik, piezoelektrische Keramik, Halbleiter und empfindliche Keramik; Strukturkeramik basiert hauptsächlich auf der mechanischen und strukturellen Verwendung von Materialien und zeichnet sich durch hohe Festigkeit, hohe Härte, hohe Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit aus.
Funktionskeramik macht etwa 70 % des Marktanteils in der Hochleistungskeramik aus, der Rest entfällt auf Strukturkeramik. Militärische Anwendungen von Keramikmaterialien konzentrieren sich hauptsächlich auf Strukturmaterialien und elektronische Geräte:
1、Wird in Flugzeugtriebwerken verwendet
Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe werden aufgrund ihrer hohen Temperaturbeständigkeit in den Heißteilkomponenten von Flugzeugtriebwerken eingesetzt. Studien haben gezeigt, dass Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe die Turbineneintrittsgastemperatur um über 300 K erhöhen können. Darüber hinaus weisen Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe eine geringe Dichte auf, was zur Gewichtsreduzierung des Motors beiträgt. Aufgrund des kontinuierlichen Strebens nach Treibstoffeffizienz in der zivilen Luftfahrtindustrie geht GE Aviation davon aus, dass sich der Einsatz von Keramikmatrix-Verbundwerkstoffen in der Luftfahrt im nächsten Jahrzehnt verzehnfachen wird.
2、Wird in Flugzeugbremsscheiben verwendet
Im Vergleich zu Siliziumkarbid-Bremsscheiben weisen Kohlenstoff-Keramik-Bremsscheiben einen ein- bis zweifachen Anstieg des Haftreibungskoeffizienten, eine um über 60 % geringere Verschlechterung der Nassreibungsleistung, eine um mehr als 50 % geringere Verschleißrate und eine Verdoppelung bis Verdoppelung auf in der Lebensspanne. Der Produktionszyklus wird um zwei Drittel verkürzt, die Produktionskosten werden um ein Drittel gesenkt, der Energieverbrauch wird um zwei Drittel gesenkt und die Kosteneffizienz wird um das Zwei- bis Dreifache verbessert. Es ist derzeit das einzige international entdeckte Material, das seine physikalischen Eigenschaften unter Hochtemperaturumgebungen von bis zu 1500 °C ohne Verschlechterung beibehält. Bei flächendeckender Einführung könnten etwa 300 Millionen RMB an jährlichen Kosten für chinesische Zivilluftfahrtflugzeuge eingespart werden.
3、Wird in thermischen Strukturkomponenten von Raketentriebwerken verwendet
Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe können in Raketentriebwerken verwendet werden, da sie eine hohe Thermoschockbeständigkeit, eine hohe chemische Stabilität mit flüssigen Treibmitteln, eine hohe Temperaturbeständigkeit im Vergleich zu Metallmaterialien und eine hohe Kriechfestigkeit aufweisen, was sie zu idealen Materialien für thermische Strukturkomponenten von Flüssigkeitsraketen macht Motoren.
4、Wird zum Wärmeschutz von Raumfahrzeugen und Raketen verwendet
Beim Wiedereintritt in die Atmosphäre erfahren Raumfahrzeuge eine starke aerodynamische Erwärmung, wobei die Temperaturen an der Nase und den Vorderkanten der Flügel bis zu 1650 °C erreichen. Wärmeschutzsysteme sind für Raumfahrzeuge von entscheidender Bedeutung. Die Entwicklung von C/SiC-Verbundwerkstoffen ermöglicht die Integration von Struktur- und Wärmeableitungsfunktionen, insbesondere nach der Columbia-Katastrophe, was den C/SiC-Keramikmatrix-Verbundwerkstoffen mehr Aufmerksamkeit verschafft. Zu den Komponenten aus thermischen Strukturmaterialien gehören Nasenkegel, Canards, Flügel und Abdeckungen von Raumfahrzeugen und Raketen.
5、Wird in Satellitenreflektoren verwendet
Zu den Anforderungen an Satellitenreflektormaterialien gehören niedrige Dichte, hohe spezifische Steifigkeit, niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) bei niedrigen Temperaturen, hohe Wärmeleitfähigkeit, ausreichende Festigkeit und Härte sowie Designflexibilität. Glas- und Metallreflektoren haben Einschränkungen bei der Verarbeitung großer, leichter Reflektoren. Daher werden C/SiC-Verbundwerkstoffreflektoren international erforscht. Diese Verbundwerkstoffe haben eine geringe Dichte, eine hohe Steifigkeit, einen niedrigen CTE bei niedrigen Temperaturen, eine gute Wärmeleitfähigkeit, ideale thermische und mechanische Eigenschaften und lassen sich hervorragend polieren, was sie zu idealen Materialien für Satellitenreflektorbasen macht.
6、Wird bei der physischen Kugelsicherheit verwendet
Siliziumkarbid kann in Schutzschichten wie kugelsicheren Westen, Kampfflugzeugen und gepanzerten Fahrzeugen verwendet werden. Kugelsichere Westen bestehen hauptsächlich aus einer Hülle und einer Schutzschicht, die die kinetische Energie von Kugeln oder Splittern absorbieren kann, wodurch sie einen erheblichen Schutz vor Kugeln oder Splittern mit geringer Geschwindigkeit bieten und Schäden an Brust und Bauch innerhalb bestimmter Eindringgrenzen reduzieren. Mit Siliziumkarbid-Keramikmatrix-Verbundwerkstoffen lassen sich robuste, stoßfeste Panzerplatten herstellen.
7、Wird in Flugzeugpanzerungen verwendet
Einige Militärhubschrauber sind mit keramischen Panzersystemen ausgestattet, darunter keramikgepanzerte Sitze, Komponenten und Plattensysteme. Darüber hinaus werden Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe in gepanzerten Fahrzeugen der Armee eingesetzt, beispielsweise im mittelschweren Panzerfahrzeug Stryker.
8、Wird in informationsbasierten elektronischen Geräten verwendet
Es besteht eine starke Nachfrage nach militärischen Keramikkondensatoren. Elektronische Keramiken wie Keramikkondensatoren im militärischen Bereich, insbesondere Chip-Mehrschicht-Keramikkondensatoren, sind mit der Beschleunigung der Information von Waffen und Ausrüstung weit verbreitet und werden auch im zivilen Bereich häufig eingesetzt.
Keramische Materialien spielen in der modernen Militärindustrie aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften wie hohe Temperaturbeständigkeit, hohe Festigkeit, geringes Gewicht, elektrische und thermische Isolationseigenschaften usw. eine wichtige Rolle. Mit der Weiterentwicklung der Technologie und der Entwicklung neuer Materialtechnologien nimmt die Anwendung zu Es wird erwartet, dass sich der Anwendungsbereich keramischer Materialien weiter ausweitet und entscheidende Lösungen für viele Herausforderungen bietet, denen sich die Welt heute gegenübersieht.
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