Il 16 gennaio 2020, la nostra azienda ha fatto nuovi passi avanti nella produzione di ceramiche speciali di nuovi materiali militari, tra cui superleghe, fibre di carbonio e materiali ceramici speciali. I materiali ceramici speciali presentano enormi vantaggi rispetto ai materiali convenzionali: la loro densità è solo da 1/4 a 1/3 della lega metallica ad alta temperatura, elevata resistenza, resistenza all'usura, buona resistenza alle alte temperature, resistenza allo scorrimento alle alte temperature, possono essere applicati in I settori aeronautico, militare e industriale, in particolare nelle parti hot-end dei motori aerospaziali, presentano vantaggi. 1) campo dei motori aeronautici: è il materiale ideale per lo sviluppo di motori aeronautici con un elevato rapporto spinta/peso, che si prevede sostituiranno la superlega; 2) Settore aerospaziale: può essere utilizzato per parti strutturali termiche di motori a razzo, sistemi di protezione termica per aeromobili, ecc.; 3) Industria automobilistica: migliorare le prestazioni dei veicoli e ridurre il peso corporeo; 4) Energia nucleare: può essere utilizzata per componenti nucleari ad alta temperatura e materiali di rivestimento del combustibile nucleare; 5) Armi: per la canna.
Utilizzato per migliorare l'efficienza dei motori a turbina
La ceramica ha una resistenza alle alte temperature e i compositi a matrice ceramica e i rivestimenti ceramici a barriera termica possono essere utilizzati per aumentare l’efficienza dei motori a turbina. La ceramica può funzionare a temperature superiori a 1100 gradi C con raffreddamento minimo o nullo, e i compositi a matrice ceramica sono dal 30 al 50% più leggeri delle leghe metalliche attualmente utilizzate. Quando sia il rivestimento composito del bruciatore che le pale della turbina sono rivestiti in ceramica, la temperatura operativa può essere aumentata fino a 1650 gradi C e i componenti possono essere protetti nell'ambiente di combustione. I rivestimenti ceramici multicomponente a base di ossido di afnio sono stati testati continuamente per 300 ore a 1650 gradi.
Utilizzato per motori aeronautici e dischi freno aeronautici
Per i motori aeronautici, l’aumento della temperatura del gas anteriore della turbina è il principale modo tecnico per aumentare la spinta del motore. Tuttavia, l’attuale temperatura del gas anteriore della turbina si è gradualmente avvicinata al punto di fusione della superlega stessa, e c’è poco spazio per un aumento della temperatura. Pertanto sono necessari materiali alternativi. I compositi a matrice ceramica hanno resistenza alle alte temperature e possono essere utilizzati per componenti hot-end. I risultati mostrano che i compositi a matrice ceramica possono aumentare la temperatura del gas sulla parte anteriore della turbina di oltre 300K. Allo stesso tempo, la densità del materiale composito a matrice ceramica è ridotta, il che favorisce la riduzione del peso del motore. Poiché l’industria dell’aviazione civile continua a perseguire una maggiore efficienza del carburante, GE prevede che l’uso di compositi a matrice ceramica nel settore aeronautico aumenterà di dieci volte nel prossimo decennio. Rispetto alla generazione precedente di dischi freno in carboceramica, il coefficiente di attrito statico è aumentato di 1-2 volte, l'attenuazione delle prestazioni di attrito sul bagnato è ridotta di oltre il 60%, il tasso di usura è ridotto di oltre il 50% e la durata utile è aumentata di 1-2 volte. Il ciclo di produzione è ridotto di 2/3, il costo di produzione è ridotto di 1/3, il consumo di energia è ridotto di 2/3 e il rapporto costi/prestazioni è aumentato di 2-3 volte. Allo stato attuale, è l'unico materiale trovato al mondo che non può attenuare le proprietà fisiche nell'ambiente ad alta temperatura di 1500 gradi. Dopo la promozione e l'applicazione, è possibile risparmiare ogni anno circa 300 milioni di yuan sul costo degli aerei civili cinesi.
Per componenti della struttura termica del motore a razzo
I compositi a matrice ceramica possono essere utilizzati nei motori a razzo. Il composito a matrice ceramica è un materiale di struttura termica ideale per i motori a razzo liquido grazie alla sua elevata resistenza agli shock termici, all'elevata stabilità chimica al propellente liquido, alla resistenza alle alte temperature rispetto ai materiali metallici e all'elevata resistenza allo scorrimento viscoso.
Materiali di protezione termica per veicoli spaziali e missili
Durante il processo di ingresso del veicolo spaziale nell'atmosfera, la temperatura del cono di prua e del bordo anteriore dell'ala del veicolo spaziale raggiunge i 1650 gradi a causa del forte riscaldamento aerodinamico. Il sistema di protezione termica è una delle tecnologie chiave dei veicoli spaziali. Il design del sistema di protezione termica di prima generazione si basa sull'idea di separare il rilascio di calore dalla struttura, ovvero aggiungendo un sistema di rilascio di calore all'esterno della struttura di raffreddamento. Lo sviluppo di compositi C/SiC ha integrato la struttura portante e il rilascio di calore degli aerei. Soprattutto dopo l’incidente causato dal guasto del sistema di protezione termica della Columbia, il composito a matrice ceramica C/SiC ha attirato maggiore attenzione. I componenti dei materiali strutturali termici includono ogive, alette guida, ali e piastre di copertura di navette spaziali e missili.
Il materiale isolante poroso ceramico ha una distribuzione uniforme dei pori, elevata porosità, densità di volume ridotta, con un'area superficiale specifica sviluppata e prestazioni uniche, rispetto alla struttura di protezione termica metallica, il coefficiente di dilatazione termica della piastrella isolante porosa ceramica è basso, anche se la differenza di temperatura è grande, non produrrà un grande stress termico e deformazione del materiale. Allo stesso tempo, poiché minore è la densità dello strato di scudo termico, maggiore è l'efficienza dello strato di scudo termico e minore è la massa, la bassa densità della piastrella isolante porosa in ceramica può portare una migliore manovrabilità all'aereo, aumentare di più carico utile e resistere a temperature più elevate. Rispetto alle strutture flessibili di protezione termica, le piastrelle isolanti porose in ceramica possono sopportare un flusso di calore più elevato, sopportare un certo carico e mantenere invariata la forma aerodinamica dell'aeromobile. Sulla base dei vantaggi di cui sopra, la struttura di protezione termica in piastrelle isolanti porose in ceramica è stata ampiamente utilizzata nei veicoli di lancio riutilizzabili, occupando la maggior parte del sistema di protezione termica dei veicoli spaziali. In base alla struttura interna del materiale, i materiali isolanti porosi ceramici possono essere suddivisi in materiali isolanti in fibra ceramica e materiali isolanti porosi in ceramica. Alcuni elicotteri militari sono dotati di sistemi di armatura in ceramica, inclusi sedili per armatura in ceramica, componenti in ceramica e sistemi di pannelli in ceramica. Inoltre, i compositi a matrice ceramica vengono utilizzati anche nei veicoli corazzati da combattimento dell'esercito, come il veicolo corazzato medio Stryker.
Utilizzato in sistemi ottici come gli specchi satellitari
I materiali ceramici sono trasparenti per alcuni tipi di energia, come la luce o qualche altra forma simile, quindi la ceramica può essere utilizzata nelle cupole a infrarossi, nella protezione dei sensori e nelle finestre multispettrali. Oltre alle proprietà ottiche, i materiali ceramici avanzati hanno la resistenza all'usura, l'elevata resistenza e la stabilità termica desiderate da questi dispositivi. I requisiti prestazionali dei materiali degli specchi satellitari sono bassa densità, elevata rigidità specifica, basso coefficiente di dilatazione termica CTE, elevata conduttività termica e resistenza e durezza adeguate, progettabilità, ecc. La lavorazione di specchi di vetro e specchi metallici in specchi grandi e leggeri ha alcuni limitazioni. Pertanto, lo specchio composito C/SiC è oggetto di studio in patria e all'estero, il materiale composito ha bassa densità, elevata rigidità, piccolo coefficiente di dilatazione termica a basse temperature e buona conduttività termica, proprietà termiche e meccaniche ideali e può ottenere una superficie eccellente la lucidatura, è un materiale di base per specchi satellitari molto ideale. Stati Uniti, Russia, Germania, Canada, ecc., utilizzando materiale composito in carburo di silicio rinforzato con fibra di carbonio (Cf/SiC) preparato
Specchio ad alte prestazioni
Un materiale vetroceramico con proprietà speciali viene utilizzato nei proiettili di artiglieria per finestre elettromagnetiche grazie alle sue eccellenti proprietà elettriche e alla resistenza alle alte temperature. Uno speciale vetro ceramico viene utilizzato nella finestra elettromagnetica di un lanciatore di armi a causa della sua resistenza alle alte temperature e delle adeguate proprietà elettriche. Il nitruro di silicio (ceramica non ossidata) ha un'eccellente resistenza meccanica e proprietà dielettriche e viene utilizzato nei radome radar dei più recenti sistemi di difesa aerea missilistica. Le microonde o altra energia possono passare attraverso questo materiale per individuare i bersagli. La sua elevata resistenza meccanica consente al sistema missilistico di resistere all'erosione e ai cambiamenti di temperatura che si verificano durante il volo iperveloce attraverso l'atmosfera. Sono in fase di sviluppo anche ceramiche di ossido di nano-ittrio (un tipo di ceramica di ossido) per l'uso nelle finestre trasparenti a infrarossi dei missili.
Vengono sviluppati anche materiali trasparenti come parabrezza, protezioni anti-esplosione e sensori per aerei da utilizzare nell'aviazione. Il materiale ceramico spinello (alluminato di magnesio) adatto al sensore ha eccellenti proprietà ottiche nella regione dell'infrarosso, mentre il precedente dispositivo di protezione assorbe energia, influenzando l'efficienza della comunicazione del segnale. La domanda di condensatori ceramici militari per dispositivi elettronici informatici è forte. La ceramica elettronica oltre ad essere ampiamente utilizzata in campo civile, con l'accelerazione della tecnologia informatica di armi e attrezzature, come i condensatori ceramici come la ceramica elettronica in campo militare, sta aumentando la domanda, in particolare il condensatore ceramico multistrato a chip (MLCC , quota di mercato superiore al 90%) e il mercato militare ha requisiti di qualità più elevati per i condensatori. La dimensione del mercato cinese dei condensatori ceramici militari ha mantenuto una crescita superiore al 10% nel corso degli anni.
I materiali ceramici e i compositi a matrice ceramica sono utilizzati nelle armature
Come lo strato protettivo di giubbotti antiproiettile, aerei da guerra e veicoli corazzati. L'armatura è composta principalmente da giacca e strato antiproiettile in due parti, lo strato antiproiettile può assorbire l'energia cinetica della testata o delle schegge, la testata o le schegge a bassa velocità hanno un evidente effetto protettivo, nel controllo di una certa depressione può ridurre il danno al torace umano, all'addome. I compositi a matrice ceramica di carburo di boro e carburo di silicio pressati a caldo possono essere utilizzati per creare robuste coperture per caschi anti-attacco. La Cina è i tre maggiori produttori al mondo di giubbotti antiproiettile, nel mercato internazionale, il prezzo dei giubbotti antiproiettile nel nostro paese è di circa 500 dollari USA, mentre il prezzo dei giubbotti antiproiettile in altri paesi è di circa 800 dollari USA, in termini di costi di produzione , il nostro Paese ha dei vantaggi. Rispetto ai materiali tradizionali come plastica e metalli, i materiali ceramici avanzati presentano i vantaggi di leggerezza, resistenza alle alte temperature, elevata durezza, resistenza all'attrito, resistenza alla corrosione, coefficiente di attrito ridotto e conduttività speciale. I materiali ceramici comunemente usati sono il diboruro di titanio, il carburo di boro, il carburo di silicio, l'allumina e così via. È ampiamente utilizzato nelle armature leggere e resistenti contro le armi di medio calibro. Le ceramiche di carburo di boro e carburo di silicio pressate a caldo possono ottimizzare la combinazione strutturale di materiali compositi per creare robuste piastre corazzate resistenti a molteplici impatti. Apache, Gazelle, Super Puma, Super Cobra, Black Hawk, Chinook e altri elicotteri militari sono dotati di sistemi di armatura in ceramica che includono componenti come sedili per armature in ceramica, componenti in ceramica e sistemi di pannelli in ceramica.