Em 16 de janeiro de 2020, nossa empresa fez novos avanços na produção de novos materiais militares, cerâmicas especiais, incluindo superligas, fibras de carbono e materiais cerâmicos especiais. Materiais cerâmicos especiais têm enormes vantagens em comparação com materiais convencionais: Sua densidade é de apenas 1/4 a 1/3 da liga metálica de alta temperatura, alta resistência, resistência ao desgaste, tem boa resistência a altas temperaturas, resistência à fluência em altas temperaturas, pode ser aplicado em Os campos de aviação, militar e industrial, especialmente nos motores aeroespaciais, têm vantagens. 1) campo de motores aeronáuticos: É o material ideal para o desenvolvimento de motores aeronáuticos de alta relação empuxo-peso, que deverão substituir a superliga; 2) Campo aeroespacial: pode ser usado para peças estruturais térmicas de motores de foguete, sistemas de proteção térmica de aeronaves, etc.; 3) Indústria automotiva: melhora o desempenho do veículo e reduz o peso corporal; 4) Energia nuclear: pode ser usada para componentes nucleares de alta temperatura e materiais de revestimento de combustível nuclear; 5) Armas: para o cano.
Usado para melhorar a eficiência dos motores de turbina
A cerâmica tem resistência a altas temperaturas, e compósitos de matriz cerâmica e revestimentos cerâmicos de barreira térmica podem ser usados para aumentar a eficiência dos motores de turbina. A cerâmica pode operar em temperaturas acima de 1.100 graus C com pouco ou nenhum resfriamento, e os compósitos de matriz cerâmica são 30 a 50 por cento mais leves do que as ligas metálicas usadas atualmente. Quando o revestimento composto do queimador e as pás da turbina são revestidos com cerâmica, a temperatura operacional pode ser elevada para 1650 graus C e os componentes podem ser protegidos no ambiente de combustão. Revestimentos cerâmicos multicomponentes à base de óxido de háfnio foram testados continuamente durante 300 horas a 1650 graus.
Usado para motores de aeronaves e discos de freio de aeronaves
Para motores aeronáuticos, aumentar a temperatura do gás frontal da turbina é a principal forma técnica de aumentar o empuxo do motor. No entanto, a temperatura atual do gás frontal da turbina aproximou-se gradualmente do ponto de fusão da própria superliga e há pouco espaço para aumento de temperatura. Portanto, materiais alternativos são necessários. Os compósitos de matriz cerâmica têm resistência a altas temperaturas e podem ser usados para componentes hot-end. Os resultados mostram que os compósitos de matriz cerâmica podem aumentar a temperatura do gás na frente da turbina em mais de 300K. Ao mesmo tempo, a densidade do material compósito de matriz cerâmica é pequena, o que contribui para a redução do peso do motor. À medida que a indústria da aviação civil continua a buscar maior eficiência de combustível, a GE espera que o uso de compósitos de matriz cerâmica na aviação cresça dez vezes durante a próxima década. Em comparação com a geração anterior de disco de freio de carbono-cerâmica, o coeficiente de atrito estático é aumentado em 1-2 vezes, a atenuação do desempenho do atrito em piso molhado é reduzida em mais de 60%, a taxa de desgaste é reduzida em mais de 50%, e a vida útil é aumentada em 1-2 vezes. O ciclo de produção é reduzido em 2/3, o custo de produção é reduzido em 1/3, o consumo de energia é reduzido em 2/3 e o desempenho de custo é aumentado em 2-3 vezes. Atualmente, é o único material encontrado no mundo que não consegue atenuar as propriedades físicas no ambiente de alta temperatura de 1.500 graus. Após a promoção e aplicação, pode-se economizar cerca de 300 milhões de yuans no custo das aeronaves civis da China todos os anos.
Para componentes de estrutura térmica de motor de foguete
Compósitos de matriz cerâmica podem ser usados em motores de foguetes. O compósito de matriz cerâmica é um material de estrutura térmica ideal para motores de foguetes líquidos devido à sua alta resistência ao choque térmico, alta estabilidade química ao propelente líquido, resistência a altas temperaturas em comparação com materiais metálicos e alta resistência à fluência.
Materiais de proteção térmica para veículos espaciais e mísseis
Durante o processo de entrada da espaçonave na atmosfera, a temperatura do cone do nariz e da borda frontal da asa da espaçonave chega a 1.650 graus devido ao forte aquecimento aerodinâmico. O sistema de proteção térmica é uma das principais tecnologias das espaçonaves. O projeto do sistema de proteção térmica de primeira geração baseia-se na ideia de separar a liberação de calor da estrutura, ou seja, adicionar sistema de liberação de calor fora da estrutura de resfriamento. O desenvolvimento de compósitos C/SiC integrou a estrutura de suporte e a liberação de calor das aeronaves. Principalmente após o acidente causado pela falha do sistema de proteção térmica da Columbia, o compósito de matriz cerâmica C/SiC tem atraído mais atenção. Os componentes dos materiais estruturais térmicos incluem cones de nariz, aletas guia, asas e placas de cobertura de ônibus espaciais e mísseis.
O material de isolamento cerâmico poroso tem uma distribuição uniforme de poros, alta porosidade, pequena densidade de volume, com área de superfície específica desenvolvida e desempenho único, em comparação com a estrutura de proteção térmica metálica, o coeficiente de expansão térmica da telha de isolamento cerâmico poroso é baixo, mesmo que a diferença de temperatura seja grande, não produzirá grande tensão térmica e deformação do material. Ao mesmo tempo, porque quanto menor a densidade da camada de blindagem térmica, maior a eficiência da camada de blindagem térmica e menor a massa, a baixa densidade da placa de isolamento cerâmico poroso pode trazer melhor manobrabilidade à aeronave, aumentar mais carga útil e suportar temperaturas mais altas. Em comparação com estruturas flexíveis de proteção térmica, as telhas de isolamento cerâmico poroso podem suportar maior fluxo de calor, suportar uma certa carga e manter a forma aerodinâmica da aeronave inalterada. Com base nas vantagens acima, a estrutura de proteção térmica de telha de isolamento poroso cerâmico tem sido amplamente utilizada em veículos de lançamento reutilizáveis, ocupando a maior parte do sistema de proteção térmica de espaçonaves. De acordo com a estrutura interna do material, os materiais de isolamento cerâmico poroso podem ser divididos em materiais de isolamento de fibra cerâmica e materiais de isolamento de poros cerâmicos. Alguns helicópteros militares são equipados com sistemas de blindagem cerâmica, incluindo assentos blindados cerâmicos, componentes cerâmicos e sistemas de painéis cerâmicos. Além disso, compósitos de matriz cerâmica também são usados em veículos blindados de combate do Exército, como o veículo blindado médio Stryker.
Usado em sistemas ópticos, como espelhos de satélite
Os materiais cerâmicos são transparentes para certos tipos de energia, como a luz ou alguma outra forma semelhante, portanto a cerâmica pode ser usada em cúpulas infravermelhas, proteção de sensores e janelas multiespectrais. Além das propriedades ópticas, os materiais cerâmicos avançados possuem a resistência ao desgaste, alta resistência e estabilidade térmica desejada por esses dispositivos. Os requisitos de desempenho dos materiais de espelho de satélite são baixa densidade, grande rigidez específica, baixo coeficiente de expansão térmica CTE, alta condutividade térmica e resistência e dureza apropriadas, designabilidade, etc. limitações. Portanto, o espelho composto C/SiC está sendo estudado no país e no exterior, o material compósito tem baixa densidade, alta rigidez, pequeno coeficiente de expansão térmica em baixas temperaturas e boa condutividade térmica, propriedades térmicas e mecânicas são ideais e podem obter excelente superfície polimento, é um material de base de espelho de satélite muito ideal. Os Estados Unidos, Rússia, Alemanha, Canadá, etc., usando material compósito de carboneto de silício reforçado com fibra de carbono (Cf/SiC) preparado
Espelho de alto desempenho
Um material vitrocerâmico com propriedades especiais é usado em projéteis de artilharia de janela eletromagnética devido às suas excelentes propriedades elétricas e resistência a altas temperaturas. Uma vitrocerâmica especial é usada na janela eletromagnética de um lançador de arma devido à sua resistência a altas temperaturas e propriedades elétricas adequadas. O nitreto de silício (cerâmica não óxido) possui excelente resistência mecânica e propriedades dielétricas e é usado nos radomes de radar dos mais recentes sistemas de defesa aérea contra mísseis. Microondas ou outra energia podem passar através deste material para localizar alvos. Sua alta resistência mecânica permite que o sistema de mísseis resista à erosão e às mudanças de temperatura que ocorrem durante o voo em hipervelocidade pela atmosfera. Cerâmicas de óxido de nano-ítrio (um tipo de cerâmica de óxido) também estão sendo desenvolvidas para uso em janelas transparentes infravermelhas de mísseis.
Materiais transparentes como pára-brisas, escudos anti-explosão e sensores de aeronaves também estão sendo desenvolvidos para uso na aviação. O material cerâmico de espinélio (aluminato de magnésio) adequado para o sensor possui excelentes propriedades ópticas na região infravermelha, enquanto o dispositivo de proteção anterior absorve energia, afetando a eficiência da comunicação do sinal. A demanda por capacitores cerâmicos militares para dispositivos eletrônicos de informação é forte. A cerâmica eletrônica além de ser amplamente utilizada na área civil, com a aceleração da tecnologia da informação de armas e equipamentos, como capacitores cerâmicos como a cerâmica eletrônica na área militar está aumentando a demanda, principalmente o capacitor cerâmico multicamadas de chip (MLCC , participação de mercado superior a 90%), e o mercado militar possui requisitos de qualidade mais elevados para capacitores. O tamanho do mercado de capacitores cerâmicos militares da China manteve um crescimento de mais de 10% ao longo dos anos.
Materiais cerâmicos e compósitos de matriz cerâmica são usados em armaduras
Como armaduras corporais, aviões de guerra e veículos blindados, camada protetora. A armadura corporal é composta principalmente de jaqueta e camada à prova de balas em duas partes, a camada à prova de balas pode absorver a energia cinética da ogiva ou estilhaços, a ogiva ou estilhaços de baixa velocidade tem efeito protetor óbvio, no controle de uma certa depressão pode reduzir o danos ao peito humano, abdômen. Compósitos de matriz cerâmica de carboneto de boro e carboneto de silício prensados a quente podem ser usados para criar decks de capacete anti-ataque robustos. A China é o terceiro maior fabricante mundial de coletes à prova de balas, no mercado internacional, o preço dos coletes à prova de balas em nosso país é de cerca de 500 dólares americanos, enquanto o preço dos coletes à prova de balas em outros países é de cerca de 800 dólares americanos, em termos de custos de fabricação , nosso país tem vantagens. Em comparação com materiais tradicionais, como plásticos e metais, os materiais cerâmicos avançados têm as vantagens de peso leve, resistência a altas temperaturas, alta dureza, resistência ao atrito, resistência à corrosão, pequeno coeficiente de atrito e condutividade especial. Os materiais de folha cerâmica comumente usados são diboreto de titânio, carboneto de boro, carboneto de silício, alumina e assim por diante. É amplamente utilizado em armaduras leves e duráveis contra armas de médio calibre. As cerâmicas de carboneto de boro prensadas a quente e de carboneto de silício podem otimizar a combinação estrutural de materiais compósitos para criar placas de blindagem fortes e resistentes a múltiplos impactos. Apache, Gazelle, Super Puma, Super Cobra, Black Hawk, Chinook e outros helicópteros militares são equipados com sistemas de blindagem cerâmica que incluem componentes como assentos blindados de cerâmica, componentes cerâmicos e sistemas de painéis cerâmicos.