Vào ngày 16 tháng 1 năm 2020, công ty chúng tôi đã có những bước đột phá mới trong việc sản xuất gốm sứ đặc biệt bằng vật liệu mới dành cho quân sự, bao gồm siêu hợp kim, sợi carbon và vật liệu gốm sứ đặc biệt. Vật liệu gốm đặc biệt có những ưu điểm rất lớn so với vật liệu thông thường: Mật độ của nó chỉ bằng 1/4 đến 1/3 so với hợp kim kim loại nhiệt độ cao, độ bền cao, chống mài mòn, có khả năng chịu nhiệt độ cao tốt, chống rão ở nhiệt độ cao, có thể ứng dụng trong lĩnh vực hàng không, quân sự và công nghiệp, đặc biệt là trong các bộ phận nóng của động cơ hàng không vũ trụ có lợi thế. 1) lĩnh vực động cơ hàng không: Đây là vật liệu lý tưởng để phát triển động cơ hàng không có tỷ lệ lực đẩy trên trọng lượng cao, dự kiến sẽ thay thế siêu hợp kim; 2) Lĩnh vực hàng không vũ trụ: có thể được sử dụng cho các bộ phận kết cấu nhiệt động cơ tên lửa, hệ thống bảo vệ nhiệt máy bay, v.v.; 3) Công nghiệp ô tô: cải thiện hiệu suất của phương tiện và giảm trọng lượng cơ thể; 4) Năng lượng hạt nhân: có thể được sử dụng cho các bộ phận nhiệt độ cao hạt nhân và vật liệu bọc nhiên liệu hạt nhân; 5) Vũ khí: dùng cho nòng súng.
Dùng để nâng cao hiệu suất của động cơ tua-bin
Gốm sứ có khả năng chịu nhiệt độ cao, vật liệu tổng hợp ma trận gốm và lớp phủ rào cản nhiệt bằng gốm có thể được sử dụng để tăng hiệu suất của động cơ tua-bin. Gốm sứ có thể hoạt động ở nhiệt độ trên 1100 độ C với ít hoặc không cần làm mát, và vật liệu tổng hợp ma trận gốm nhẹ hơn 30 đến 50% so với hợp kim kim loại hiện đang sử dụng. Khi cả lớp lót đầu đốt composite và cánh tuabin đều được phủ bằng gốm, nhiệt độ vận hành có thể tăng lên 1650 độ C và các bộ phận có thể được bảo vệ trong môi trường đốt. Lớp phủ gốm đa thành phần dựa trên oxit hafnium đã được thử nghiệm liên tục trong 300 giờ ở 1650 độ.
Dùng cho động cơ máy bay và đĩa phanh máy bay
Đối với động cơ máy bay, việc tăng nhiệt độ của khí phía trước tuabin là phương pháp kỹ thuật chính để tăng lực đẩy động cơ. Tuy nhiên, nhiệt độ hiện tại của khí phía trước tuabin đã dần dần đạt đến điểm nóng chảy của siêu hợp kim và có rất ít khả năng tăng nhiệt độ. Vì vậy, cần có những vật liệu thay thế. Vật liệu tổng hợp ma trận gốm có khả năng chịu nhiệt độ cao và có thể được sử dụng cho các bộ phận nóng. Kết quả cho thấy vật liệu tổng hợp ma trận gốm có thể làm tăng nhiệt độ khí phía trước tuabin lên hơn 300K. Đồng thời, mật độ vật liệu composite ma trận gốm nhỏ, có lợi cho việc giảm trọng lượng động cơ. Khi ngành hàng không dân dụng tiếp tục theo đuổi mục tiêu tiết kiệm nhiên liệu nhiều hơn, GE kỳ vọng việc sử dụng vật liệu tổng hợp nền gốm trong ngành hàng không sẽ tăng gấp 10 lần trong thập kỷ tới. So với thế hệ đĩa phanh gốm carbon trước đây, hệ số ma sát tĩnh tăng 1-2 lần, độ suy giảm hiệu suất ma sát ướt giảm hơn 60%, tốc độ mài mòn giảm hơn 50% và tuổi thọ sử dụng tăng lên 1-2 lần. Chu kỳ sản xuất giảm 2/3, chi phí sản xuất giảm 1/3, mức tiêu thụ năng lượng giảm 2/3 và hiệu suất chi phí tăng 2-3 lần. Hiện tại, nó là vật liệu duy nhất được tìm thấy trên thế giới không thể làm suy giảm các tính chất vật lý trong môi trường nhiệt độ cao 1500 độ. Sau khi quảng bá và áp dụng, nó có thể tiết kiệm khoảng 300 triệu nhân dân tệ cho chi phí máy bay dân dụng của Trung Quốc mỗi năm.
Đối với các thành phần cấu trúc nhiệt động cơ tên lửa
Vật liệu tổng hợp ma trận gốm có thể được sử dụng trong động cơ tên lửa. Hỗn hợp ma trận gốm là vật liệu cấu trúc nhiệt lý tưởng cho động cơ tên lửa lỏng vì khả năng chống sốc nhiệt cao, độ ổn định hóa học cao đối với nhiên liệu đẩy lỏng, khả năng chịu nhiệt độ cao so với vật liệu kim loại và khả năng chống rão cao.
Vật liệu bảo vệ nhiệt cho tàu vũ trụ và tên lửa
Trong quá trình tàu vũ trụ đi vào khí quyển, nhiệt độ ở phần mũi và mép cánh của tàu vũ trụ lên tới 1650 độ do hệ thống sưởi khí động học mạnh. Hệ thống bảo vệ nhiệt là một trong những công nghệ chủ chốt của tàu vũ trụ. Thiết kế của hệ thống bảo vệ nhiệt thế hệ đầu tiên dựa trên ý tưởng tách nhiệt thoát ra khỏi cấu trúc, nghĩa là bổ sung hệ thống thoát nhiệt bên ngoài cấu trúc làm mát. Sự phát triển của vật liệu tổng hợp C/SiC đã tích hợp cấu trúc mang và giải phóng nhiệt của máy bay. Đặc biệt sau sự cố do hệ thống bảo vệ nhiệt của Columbia gặp sự cố, hỗn hợp ma trận gốm C/SiC đã thu hút nhiều sự chú ý hơn. Các thành phần của vật liệu kết cấu chịu nhiệt bao gồm nón mũi, cánh dẫn hướng, cánh và tấm che của tàu con thoi và tên lửa.
Vật liệu cách nhiệt xốp bằng gốm có sự phân bố lỗ chân lông đồng đều, độ xốp cao, mật độ thể tích nhỏ, diện tích bề mặt riêng phát triển và hiệu suất độc đáo, so với cấu trúc bảo vệ nhiệt bằng kim loại, hệ số giãn nở nhiệt của gạch xốp cách nhiệt thấp, ngay cả khi chênh lệch nhiệt độ là lớn, sẽ không tạo ra ứng suất nhiệt lớn và biến dạng của vật liệu. Đồng thời, do mật độ lớp chắn nhiệt càng thấp thì hiệu suất của lớp chắn nhiệt càng cao và khối lượng càng nhỏ nên gạch cách nhiệt xốp gốm mật độ thấp có thể mang lại khả năng cơ động tốt hơn cho máy bay, tăng thêm tải trọng và chịu được nhiệt độ cao hơn. So với các cấu trúc bảo vệ nhiệt linh hoạt, gạch xốp cách nhiệt bằng gốm có thể chịu được dòng nhiệt cao hơn, chịu được tải trọng nhất định và có thể giữ nguyên hình dạng khí động học của máy bay. Dựa trên những ưu điểm trên, cấu trúc bảo vệ nhiệt bằng gạch xốp cách nhiệt bằng gốm đã được sử dụng rộng rãi trong các phương tiện phóng có thể tái sử dụng, chiếm phần lớn hệ thống bảo vệ nhiệt của tàu vũ trụ. Theo cấu trúc bên trong của vật liệu, vật liệu cách nhiệt xốp gốm có thể được chia thành vật liệu cách nhiệt sợi gốm và vật liệu cách nhiệt lỗ xốp gốm. Một số máy bay trực thăng quân sự được trang bị hệ thống áo giáp gốm, bao gồm ghế bọc thép gốm, các bộ phận bằng gốm và hệ thống bảng điều khiển bằng gốm. Ngoài ra, vật liệu tổng hợp ma trận gốm cũng được sử dụng trong các phương tiện chiến đấu bọc thép của Quân đội, chẳng hạn như xe bọc thép hạng trung Stryker.
Được sử dụng trong các hệ thống quang học như gương vệ tinh
Vật liệu gốm trong suốt đối với một số loại năng lượng nhất định, chẳng hạn như ánh sáng hoặc một số dạng tương tự khác, vì vậy gốm có thể được sử dụng trong các vòm hồng ngoại, bảo vệ cảm biến và Windows đa quang phổ. Ngoài các đặc tính quang học, vật liệu gốm tiên tiến còn có khả năng chống mài mòn, độ bền cao và độ ổn định nhiệt mà các thiết bị này mong muốn. Yêu cầu về hiệu suất của vật liệu gương vệ tinh là mật độ thấp, độ cứng riêng lớn, hệ số giãn nở nhiệt CTE thấp, độ dẫn nhiệt cao, độ bền và độ cứng phù hợp, khả năng thiết kế, v.v. Việc xử lý gương thủy tinh và gương kim loại thành gương lớn và nhẹ có những điểm nhất định những hạn chế. Do đó, gương composite C / SiC đang được nghiên cứu trong và ngoài nước, vật liệu composite có mật độ thấp, độ cứng cao, hệ số giãn nở nhiệt nhỏ ở nhiệt độ thấp và tính dẫn nhiệt tốt, tính chất cơ lý nhiệt là lý tưởng và có thể có được bề mặt tuyệt vời đánh bóng, là vật liệu nền gương vệ tinh rất lý tưởng. Hoa Kỳ, Nga, Đức, Canada, v.v., sử dụng vật liệu composite silicon cacbua gia cố bằng sợi carbon (Cf / SiC) được chế tạo
Gương hiệu suất cao
Một loại vật liệu gốm thủy tinh có đặc tính đặc biệt được sử dụng trong đạn pháo cửa sổ điện từ vì tính chất điện tuyệt vời và khả năng chịu nhiệt độ cao. Một loại gốm thủy tinh đặc biệt được sử dụng trong cửa sổ điện từ của súng phóng vì khả năng chịu nhiệt độ cao và tính chất điện phù hợp. Silicon nitride (gốm không oxit) có độ bền cơ học và tính chất điện môi tuyệt vời và được sử dụng trong các mái vòm radar của các hệ thống phòng không tên lửa mới nhất. Vi sóng hoặc năng lượng khác có thể đi qua vật liệu này để xác định vị trí mục tiêu. Độ bền cơ học cao của nó cho phép hệ thống tên lửa chịu được sự xói mòn và thay đổi nhiệt độ xảy ra trong quá trình bay siêu tốc trong bầu khí quyển. Gốm oxit yttrium nano (một loại gốm oxit) cũng đang được phát triển để sử dụng trong Windows trong suốt hồng ngoại tên lửa.
Các vật liệu trong suốt như kính chắn gió, tấm chắn chống nổ và cảm biến máy bay cũng đang được phát triển để sử dụng trong ngành hàng không. Chất liệu gốm Spinel (magiê aluminate) phù hợp cho cảm biến có đặc tính quang học tuyệt vời ở vùng hồng ngoại, trong khi thiết bị bảo vệ trước đó hấp thụ năng lượng, ảnh hưởng đến hiệu quả truyền tín hiệu. Nhu cầu về tụ gốm quân sự cho các thiết bị điện tử thông tin rất lớn. Gốm điện tử ngoài việc được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực dân sự, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin vũ khí và thiết bị, như tụ gốm như gốm điện tử trong lĩnh vực quân sự, nhu cầu ngày càng tăng, đặc biệt là tụ gốm nhiều lớp chip (MLCC). , thị phần hơn 90%) và thị trường quân sự có yêu cầu chất lượng cao hơn đối với tụ điện. Quy mô thị trường tụ gốm quân sự của Trung Quốc duy trì mức tăng trưởng hơn 10% trong những năm qua.
Vật liệu gốm và vật liệu tổng hợp ma trận gốm được sử dụng trong áo giáp
Chẳng hạn như áo giáp, máy bay chiến đấu và lớp bảo vệ xe bọc thép. Áo giáp chủ yếu bao gồm áo khoác và lớp chống đạn hai phần, lớp chống đạn có thể hấp thụ động năng của đầu đạn hoặc mảnh đạn, đầu đạn hoặc mảnh đạn tốc độ thấp có tác dụng bảo vệ rõ ràng, trong việc kiểm soát độ trầm cảm nhất định có thể làm giảm tổn thương ngực, bụng người. Vật liệu tổng hợp ma trận gốm cacbua boron và cacbua silic ép nóng có thể được sử dụng để tạo ra các lớp mũ bảo hiểm chống tấn công mạnh mẽ. Trung Quốc là nước sản xuất áo giáp lớn thứ ba thế giới, trên thị trường quốc tế, giá áo giáp ở nước ta khoảng 500 đô la Mỹ, trong khi giá áo giáp ở các nước khác là khoảng 800 đô la Mỹ, xét về chi phí sản xuất , nước ta có lợi thế So với các vật liệu truyền thống như nhựa và kim loại, vật liệu gốm tiên tiến có ưu điểm là trọng lượng nhẹ, chịu nhiệt độ cao, độ cứng cao, chống ma sát, chống ăn mòn, hệ số ma sát nhỏ và độ dẫn điện đặc biệt. Các vật liệu tấm gốm thường được sử dụng là titan diborua, boron cacbua, cacbua silic, alumina, v.v. Nó được sử dụng rộng rãi trong áo giáp nhẹ và bền để chống lại súng cỡ nòng trung bình. Gốm boron cacbua và silicon cacbua ép nóng có thể tối ưu hóa sự kết hợp cấu trúc của vật liệu composite để tạo ra các tấm áo giáp chắc chắn có khả năng chống lại nhiều tác động. Apache, Gazelle, Super Puma, Super Cobra, Black Hawk, Chinook và các máy bay trực thăng quân sự khác được trang bị hệ thống áo giáp gốm bao gồm các bộ phận như ghế bọc giáp gốm, bộ phận gốm và hệ thống bảng điều khiển bằng gốm.