Am 16. Januar 2020 hat unser Unternehmen neue Durchbrüche bei der Herstellung neuer militärischer Materialien, Spezialkeramiken, einschließlich Superlegierungen, Kohlenstofffasern und Spezialkeramikmaterialien, erzielt. Spezielle Keramikmaterialien haben im Vergleich zu herkömmlichen Materialien enorme Vorteile: Ihre Dichte beträgt nur 1/4 bis 1/3 der Hochtemperatur-Metalllegierung, hohe Festigkeit, Verschleißfestigkeit, gute Hochtemperaturbeständigkeit, Hochtemperatur-Kriechfestigkeit, kann in verwendet werden Luftfahrt-, Militär- und Industriebereiche, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt, haben Hot-End-Teile für Triebwerke Vorteile. 1) Flugtriebwerksbereich: Es ist das ideale Material für die Entwicklung von Flugtriebwerken mit hohem Schub-Gewichts-Verhältnis, das Superlegierungen ersetzen soll; 2) Luft- und Raumfahrt: kann für thermische Strukturteile von Raketentriebwerken, thermische Schutzsysteme für Flugzeuge usw. verwendet werden; 3) Automobilindustrie: Fahrzeugleistung verbessern und Körpergewicht reduzieren; 4) Kernkraft: kann für nukleare Hochtemperaturkomponenten und Kernbrennstoff-Umhüllungsmaterialien verwendet werden; 5) Waffen: für den Lauf.
Wird verwendet, um die Effizienz von Turbinentriebwerken zu verbessern
Keramik weist eine hohe Temperaturbeständigkeit auf und Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe sowie keramische Wärmedämmschichten können zur Steigerung der Effizienz von Turbinentriebwerken eingesetzt werden. Keramik kann bei Temperaturen über 1100 Grad Celsius ohne oder mit geringer Kühlung betrieben werden, und Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe sind 30 bis 50 Prozent leichter als derzeit verwendete Metalllegierungen. Wenn sowohl die Brennerauskleidung als auch die Turbinenschaufeln aus Verbundwerkstoff mit Keramik beschichtet sind, kann die Betriebstemperatur auf 1650 °C erhöht werden und die Komponenten können in der Verbrennungsumgebung geschützt werden. Mehrkomponentige Keramikbeschichtungen auf Basis von Hafniumoxid wurden 300 Stunden lang bei 1650 Grad im Dauertest getestet.
Wird für Flugzeugmotoren und Flugzeugbremsscheiben verwendet
Bei Flugtriebwerken ist die Erhöhung der Temperatur des Turbinenfrontgases die wichtigste technische Möglichkeit, den Triebwerksschub zu erhöhen. Allerdings hat sich die aktuelle Temperatur des Turbinenfrontgases allmählich dem Schmelzpunkt der Superlegierung selbst angenähert, und es gibt kaum Spielraum für einen Temperaturanstieg. Daher werden alternative Materialien benötigt. Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe weisen eine hohe Temperaturbeständigkeit auf und können für Hot-End-Komponenten verwendet werden. Die Ergebnisse zeigen, dass Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe die Gastemperatur an der Turbinenfront um mehr als 300 K erhöhen können. Gleichzeitig ist die Dichte des Keramikmatrix-Verbundmaterials gering, was der Gewichtsreduzierung des Motors förderlich ist. Da die Zivilluftfahrtindustrie weiterhin nach einer höheren Treibstoffeffizienz strebt, geht GE davon aus, dass sich der Einsatz von Keramikmatrix-Verbundwerkstoffen in der Luftfahrt im nächsten Jahrzehnt verzehnfachen wird. Im Vergleich zur vorherigen Generation von Carbon-Keramik-Bremsscheiben ist der Haftreibungskoeffizient um das 1-2-fache erhöht, die Leistungsdämpfung der Nassreibung ist um mehr als 60 % reduziert, die Verschleißrate ist um mehr als 50 % reduziert die Lebensdauer erhöht sich um das 1-2-fache. Der Produktionszyklus wird um 2/3 verkürzt, die Produktionskosten werden um 1/3 reduziert, der Energieverbrauch wird um 2/3 reduziert und die Kostenleistung wird um das 2-3-fache erhöht. Derzeit ist es das einzige Material auf der Welt, das die physikalischen Eigenschaften in der Hochtemperaturumgebung von 1500 Grad nicht beeinträchtigen kann. Nach der Förderung und Bewerbung können jedes Jahr etwa 300 Millionen Yuan bei den Kosten für Chinas Zivilflugzeuge eingespart werden.
Für thermische Strukturkomponenten von Raketentriebwerken
Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe können in Raketentriebwerken verwendet werden. Keramikmatrix-Verbundwerkstoff ist aufgrund seiner hohen Hitzeschockbeständigkeit, hohen chemischen Stabilität gegenüber flüssigen Treibmitteln, hoher Temperaturbeständigkeit im Vergleich zu Metallmaterialien und hoher Kriechfestigkeit ein ideales thermisches Strukturmaterial für Flüssigkeitsraketentriebwerke.
Wärmeschutzmaterialien für Raumfahrzeuge und Raketen
Beim Eintritt des Raumfahrzeugs in die Atmosphäre beträgt die Temperatur des Nasenkegels und der Flügelvorderkante des Raumfahrzeugs aufgrund der starken aerodynamischen Erwärmung bis zu 1650 Grad. Das Wärmeschutzsystem ist eine der Schlüsseltechnologien von Raumfahrzeugen. Das Design des Wärmeschutzsystems der ersten Generation basiert auf der Idee, die Wärmeabgabe von der Struktur zu trennen, d. h. das Wärmeabgabesystem außerhalb der Kühlstruktur hinzuzufügen. Die Entwicklung von C/SiC-Verbundwerkstoffen hat die Tragstruktur und Wärmeabgabe von Flugzeugen integriert. Insbesondere nach dem Unfall, der durch den Ausfall des Wärmeschutzsystems von Columbia verursacht wurde, hat der C/SiC-Keramikmatrix-Verbundwerkstoff mehr Aufmerksamkeit erregt. Zu den Komponenten thermischer Strukturmaterialien gehören Nasenkegel, Leitflossen, Flügel und Deckplatten von Raumfähren und Raketen.
Keramisches poröses Isoliermaterial weist eine gleichmäßige Porenverteilung, eine hohe Porosität, eine geringe Volumendichte, eine entwickelte spezifische Oberfläche und eine einzigartige Leistung auf. Im Vergleich zu thermischen Schutzstrukturen aus Metall ist der Wärmeausdehnungskoeffizient von porösen Keramikfliesen niedrig, selbst wenn der Temperaturunterschied groß ist groß, erzeugt keine große thermische Belastung und Verformung des Materials. Gleichzeitig kann die geringe Dichte der keramischen porösen Isolationsfliese zu einer besseren Manövrierfähigkeit des Flugzeugs führen, da die Effizienz der Hitzeschildschicht umso höher und die Masse umso geringer ist, je geringer die Dichte der Hitzeschildschicht ist Nutzlast und halten höheren Temperaturen stand. Im Vergleich zu flexiblen Wärmeschutzstrukturen können keramische poröse Isolierfliesen einem höheren Wärmefluss standhalten, einer bestimmten Belastung standhalten und die aerodynamische Form des Flugzeugs unverändert lassen. Aufgrund der oben genannten Vorteile wird die Wärmeschutzstruktur aus keramischen porösen Isolierfliesen häufig in wiederverwendbaren Trägerraketen verwendet und nimmt den größten Teil des Wärmeschutzsystems von Raumfahrzeugen ein. Entsprechend der inneren Struktur des Materials können keramische poröse Dämmstoffe in keramische Faserdämmstoffe und keramische Porendämmstoffe unterteilt werden. Einige Militärhubschrauber sind mit Keramikpanzersystemen ausgestattet, darunter Keramikpanzersitze, Keramikkomponenten und Keramikplattensysteme. Darüber hinaus werden Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe auch in gepanzerten Kampffahrzeugen der Armee verwendet, beispielsweise im mittelschweren Panzerfahrzeug Stryker.
Wird in optischen Systemen wie Satellitenspiegeln verwendet
Keramische Materialien sind für bestimmte Arten von Energie wie Licht oder eine andere ähnliche Form transparent, sodass Keramik in Infrarotkuppeln, Sensorschutz und multispektralen Fenstern verwendet werden kann. Zusätzlich zu den optischen Eigenschaften verfügen fortschrittliche Keramikmaterialien über die von diesen Geräten gewünschte Verschleißfestigkeit, hohe Festigkeit und thermische Stabilität. Die Leistungsanforderungen an Satellitenspiegelmaterialien sind niedrige Dichte, große spezifische Steifigkeit, niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient CTE, hohe Wärmeleitfähigkeit sowie entsprechende Festigkeit und Härte, Designbarkeit usw. Die Verarbeitung von Glasspiegeln und Metallspiegeln zu großen und leichten Spiegeln hat bestimmte Einschränkungen. Daher wird der C/SiC-Verbundspiegel im In- und Ausland untersucht. Das Verbundmaterial weist eine geringe Dichte, eine hohe Steifigkeit, einen kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten bei niedrigen Temperaturen und eine gute Wärmeleitfähigkeit auf. Die thermischen und mechanischen Eigenschaften sind ideal und können eine hervorragende Oberfläche erzielen Polieren ist ein sehr ideales Basismaterial für Satellitenspiegel. Die Vereinigten Staaten, Russland, Deutschland, Kanada usw. verwenden kohlenstofffaserverstärktes Siliziumkarbid-Verbundmaterial (Cf/SiC).
Hochleistungsspiegel
Ein Glaskeramikmaterial mit besonderen Eigenschaften wird aufgrund seiner hervorragenden elektrischen Eigenschaften und seiner hohen Temperaturbeständigkeit in elektromagnetischen Fensterartilleriegeschossen verwendet. Im elektromagnetischen Fenster eines Geschützwerfers wird aufgrund seiner hohen Temperaturbeständigkeit und geeigneten elektrischen Eigenschaften eine spezielle Glaskeramik eingesetzt. Siliziumnitrid (Nichtoxidkeramik) verfügt über hervorragende mechanische Festigkeit und dielektrische Eigenschaften und wird in den Radarradomen modernster Flugabwehrsysteme eingesetzt. Mikrowellen oder andere Energie können dieses Material durchdringen, um Ziele zu lokalisieren. Aufgrund seiner hohen mechanischen Festigkeit kann das Raketensystem der Erosion und den Temperaturschwankungen standhalten, die beim Hochgeschwindigkeitsflug durch die Atmosphäre auftreten. Nano-Yttriumoxid-Keramik (eine Art Oxidkeramik) wird ebenfalls für den Einsatz in infrarottransparenten Raketenfenstern entwickelt.
Auch transparente Materialien wie Windschutzscheiben, Explosionsschutzschilde und Flugzeugsensoren werden für den Einsatz in der Luftfahrt entwickelt. Das für den Sensor geeignete Spinell-Keramikmaterial (Magnesiumaluminat) verfügt über hervorragende optische Eigenschaften im Infrarotbereich, während die vorherige Schutzvorrichtung Energie absorbiert, was sich auf die Effizienz der Signalkommunikation auswirkt. Die Nachfrage nach militärischen Keramikkondensatoren für informationselektronische Geräte ist groß. Elektronische Keramik ist nicht nur im zivilen Bereich weit verbreitet, sondern mit der Beschleunigung der Informationstechnologie von Waffen und Ausrüstung steigt auch die Nachfrage nach Keramikkondensatoren wie elektronischer Keramik im militärischen Bereich, insbesondere nach Chip-Mehrschicht-Keramikkondensatoren (MLCC). , Marktanteil von mehr als 90 % und der Militärmarkt stellt höhere Qualitätsanforderungen an Kondensatoren. Die Marktgröße der militärischen Keramikkondensatoren in China ist im Laufe der Jahre um mehr als 10 % gewachsen.
Keramische Materialien und Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe werden in Panzerungen verwendet
Wie zum Beispiel Schutzschichten für Körperpanzer, Kampfflugzeuge und gepanzerte Fahrzeuge. Körperschutz besteht hauptsächlich aus zwei Teilen einer Jacke und einer kugelsicheren Schicht. Die kugelsichere Schicht kann die kinetische Energie des Gefechtskopfs oder Schrapnells absorbieren. Ein Gefechtskopf oder Schrapnell mit niedriger Geschwindigkeit hat eine offensichtliche Schutzwirkung und kann bei der Kontrolle eines bestimmten Unterdrucks die Energie reduzieren Schäden an der menschlichen Brust und am Bauch. Heißgepresste Borkarbid- und Siliziumkarbid-Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe können zur Herstellung robuster, angriffssicherer Helmdecks verwendet werden. China ist weltweit der drittgrößte Hersteller von Körperschutz. Auf dem internationalen Markt beträgt der Preis für Körperschutz in unserem Land etwa 500 US-Dollar, während der Preis für Körperschutz in anderen Ländern bei etwa 800 US-Dollar liegt, gemessen an den Herstellungskosten , unser Land hat Vorteile. Im Vergleich zu herkömmlichen Materialien wie Kunststoffen und Metallen bieten fortschrittliche Keramikmaterialien die Vorteile von geringem Gewicht, hoher Temperaturbeständigkeit, hoher Härte, Reibungsbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, kleinem Reibungskoeffizienten und besonderer Leitfähigkeit. Häufig verwendete Keramikplattenmaterialien sind Titandiborid, Borcarbid, Siliziumcarbid, Aluminiumoxid und so weiter. Es wird häufig in leichten und langlebigen Körperpanzerungen gegen Waffen mittleren Kalibers verwendet. Heißgepresste Borkarbid- und Siliziumkarbidkeramiken können die strukturelle Kombination von Verbundwerkstoffen optimieren, um starke Panzerplatten zu schaffen, die mehreren Stößen standhalten. Apache, Gazelle, Super Puma, Super Cobra, Black Hawk, Chinook und andere Militärhubschrauber sind mit Keramikpanzersystemen ausgestattet, die Komponenten wie Keramikpanzersitze, Keramikkomponenten und Keramikplattensysteme umfassen.