Materiais Cerâmicos em Aplicações Militares
Em geral,materiais cerâmicosreferem-se a todos os materiais que não sejam materiais orgânicos e metálicos, nomeadamente materiais inorgânicos não metálicos. Existem vários tipos de produtos cerâmicos, com suas composições químicas, composições minerais, propriedades físicas e métodos de fabricação, muitas vezes intimamente interligados, sem limites claros, mas com diferenças significativas nas aplicações. Conseqüentemente, é difícil classificá-los rigidamente em vários sistemas, e os métodos de classificação detalhados variam. No momento, não existe um método de classificação unificado internacionalmente. De acordo com as técnicas de preparação e campos de aplicação da cerâmica, elas podem ser divididas em materiais cerâmicos tradicionais e materiais cerâmicos avançados.
Cerâmica tradicional:Tradicionalmente, a cerâmica refere-se a vários produtos feitos de argila e minerais naturais através de processos como trituração, mistura, moldagem e queima. Eles são comumente chamados de"cerâmica comum"ou cerâmicas tradicionais, como cerâmicas cotidianas e cerâmicas sanitárias arquitetônicas.
Cerâmica avançada: De acordo com a composição química, podem ser divididos emcerâmica de óxido, cerâmica de nitreto,cerâmica de carboneto,cerâmicas de boreto, cerâmicas de silicieto, cerâmicas de fluoreto, cerâmicas de sulfeto, etc. De acordo com propriedades e utilizações, podem ser classificadas em cerâmicas funcionais e cerâmicas estruturais. As cerâmicas funcionais baseiam-se principalmente nas funções especiais dos materiais, incluindo propriedades elétricas, magnéticas, biológicas, térmicas e ópticas, como cerâmicas isolantes e dielétricas, cerâmicas ferroelétricas, cerâmicas piezoelétricas, semicondutores e cerâmicas sensíveis; a cerâmica estrutural baseia-se principalmente no uso mecânico e estrutural de materiais, apresentando alta resistência, alta dureza, resistência a altas temperaturas, resistência à corrosão e resistência à oxidação.
As cerâmicas funcionais representam aproximadamente 70% da participação de mercado em cerâmicas avançadas, sendo o restante cerâmica estrutural. As aplicações militares de materiais cerâmicos concentram-se principalmente em materiais estruturais e dispositivos eletrônicos:
1、Usado em motores de aeronaves
Compósitos de matriz cerâmica são usados em componentes de seção quente de motores de aeronaves devido à sua resistência a altas temperaturas. Estudos demonstraram que os compósitos de matriz cerâmica podem aumentar a temperatura do gás de entrada da turbina em mais de 300K. Além disso, os compósitos de matriz cerâmica possuem baixa densidade, o que contribui para a redução do peso do motor. Com a busca contínua pela eficiência de combustível na indústria da aviação civil, a GE Aviation espera que a aplicação de compósitos de matriz cerâmica na aviação cresça dez vezes na próxima década.
2、Usado em discos de freio de aeronaves
Em comparação com os discos de freio de carboneto de silício, os discos de freio de carbono-cerâmica apresentam um aumento de 1 a 2 vezes no coeficiente de atrito estático, uma redução de mais de 60% na degradação do desempenho de atrito em piso molhado, uma redução de mais de 50% na taxa de desgaste e um aumento de duplicação para o dobro. ao longo da vida. O ciclo de produção é reduzido em dois terços, os custos de produção são reduzidos em um terço, o consumo de energia é reduzido em dois terços e a relação custo-benefício é melhorada em duas a três vezes. Atualmente é o único material descoberto internacionalmente que mantém suas propriedades físicas sem deterioração em ambientes de alta temperatura de até 1500°C. Após a adoção generalizada, poderia economizar aproximadamente 300 milhões de RMB em custos anuais para aeronaves da aviação civil chinesa.
3、Usado em componentes estruturais térmicos de motores de foguete
Compósitos de matriz cerâmica podem ser usados em motores de foguete devido à sua alta resistência ao choque térmico, alta estabilidade química com propelentes líquidos, resistência a altas temperaturas em comparação com materiais metálicos e alta resistência à fluência, tornando-os materiais ideais para componentes estruturais térmicos de foguetes líquidos. motores.
4、Usado na proteção térmica de naves espaciais e mísseis
Durante a reentrada na atmosfera, as naves espaciais experimentam um intenso aquecimento aerodinâmico, com temperaturas no cone do nariz e nas bordas dianteiras das asas atingindo até 1650°C. Os sistemas de proteção térmica são cruciais para as naves espaciais. O desenvolvimento de materiais compósitos C/SiC permite a integração de funções estruturais e de dissipação de calor, especialmente após o desastre de Columbia, atraindo mais atenção para compósitos de matriz cerâmica C/SiC. Os componentes em materiais estruturais térmicos incluem cones de nariz, canards, asas e coberturas de naves espaciais e mísseis.
5、Usado em refletores de satélite
Os requisitos para materiais refletores de satélite incluem baixa densidade, alta rigidez específica, baixo coeficiente de expansão térmica (CTE) em baixas temperaturas, alta condutividade térmica, resistência e dureza adequadas e flexibilidade de projeto. Os refletores de vidro e metal têm limitações no processamento de refletores grandes e leves. Portanto, refletores de materiais compósitos C/SiC estão sendo pesquisados internacionalmente. Esses materiais compósitos possuem baixa densidade, alta rigidez, baixo CTE em baixas temperaturas, boa condutividade térmica, propriedades térmicas e mecânicas ideais e podem ser polidos de maneira excelente, tornando-os materiais ideais para bases de refletores de satélite.
6、Usado em proteção física contra balas
O carboneto de silício pode ser usado em camadas protetoras, como coletes à prova de balas, aeronaves de combate e veículos blindados. Os coletes à prova de balas consistem principalmente em uma capa e uma camada protetora, que pode absorver a energia cinética de balas ou fragmentos, proporcionando proteção significativa contra balas ou fragmentos de baixa velocidade e reduzindo danos ao tórax e abdômen dentro de certos limites de recuo. Compósitos de matriz cerâmica de carboneto de silício podem ser usados para fabricar placas de blindagem robustas e resistentes a impactos.
7、Usado em armaduras de aeronaves
Alguns helicópteros militares são equipados com sistemas de blindagem de cerâmica, incluindo assentos, componentes e sistemas de painel blindados de cerâmica. Além disso, compósitos de matriz cerâmica são usados em veículos blindados do exército, como o veículo blindado médio Stryker.
8、Usado em dispositivos eletrônicos informativos
Há uma forte demanda por capacitores cerâmicos militares. Além de serem amplamente utilizadas na área civil, com a aceleração da informatização de armas e equipamentos, as cerâmicas eletrônicas, como os capacitores cerâmicos na área militar, têm cada vez mais demanda, principalmente os capacitores cerâmicos multicamadas com chip.
Os materiais cerâmicos desempenham um papel importante na indústria militar moderna devido às suas propriedades únicas, como resistência a altas temperaturas, alta resistência, leveza, propriedades de isolamento elétrico e térmico, etc. Espera-se que o escopo dos materiais cerâmicos se expanda ainda mais, fornecendo soluções críticas para muitos desafios que o mundo enfrenta hoje.
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