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创建于2024.11.21
航空航天中先进陶瓷的应用 1
航空航天应用先进陶瓷概述
在高科技领域，材料技术是实现其他技术的关键推动因素之一。在新材料中，先进陶瓷因其出色的韧性、可塑性、耐磨性、抗冲击性、高温稳定性以及出色的电磁、光学和化学功能而受到重视。
航空航天领域对材料性能有极为严格的要求。先进陶瓷以其高温强度、优异的断裂韧性、高硬度、高介电强度、出色的热震抗性和卓越的摩擦学性能，是航空航天应用的绝佳选择。这些材料确保了出色的机械可靠性、耐热性和耐磨性。
先进陶瓷在航空航天领域的应用
直升机装甲
陶瓷轴承
红外伪装和隐身
雷达透明材料
卫星电池
抗氧化涂层
陶瓷基板
飞船外壳
红外系统的防护窗
航空发动机
高海拔氧气生成
直升机装甲
在武装直升机设计中强调战场生存能力，轻质陶瓷复合装甲材料被用于直升机座椅和关键部件。这些应用中使用的专用陶瓷主要包括氧化铝陶瓷和碳化硼陶瓷。
氧化铝陶瓷具有优异的绝缘性、不燃性、耐腐蚀性和坚固耐用性，使其不易受损。它们与其他有机和金属材料共享出色的性能，同时表现出优越的化学耐腐蚀性和熔融金属耐受性。硬度与刚玉相当，耐磨性可与超硬合金媲美。
硼化碳，通常被称为合成金刚石，是一种硼化物，具有极高的硬度。由于其轻质特性和抵抗穿甲弹的能力，它可以用作军舰和直升机的陶瓷涂层，通过热喷涂形成一体化的保护层。
前苏联Mi-28直升机大胆地在机身和座舱外部采用了先进的陶瓷作为保护材料。设计采用了两层装甲板，其中夹有相当厚度的钛合金板。外部大量使用了专门的陶瓷。陶瓷装甲板的密度仅为钛合金板的三分之一，但其防御性能超过钛合金板的两倍。此外，座舱配备了能够承受直径为12.7毫米的子弹和20毫米口径自动机炮碎片的防弹玻璃。
米-28直升机
2. 陶瓷轴承
陶瓷轴承因其出色的性能而被广泛应用于航空航天工业，包括高温抗性、低温容忍性、耐磨性、耐腐蚀性、磁性和电绝缘性以及高转速能力。这些轴承是专门为航空航天工业的苛刻条件而开发的，如恶劣环境、重载、低温和无润滑运行。它们代表了新材料、创新工艺和先进结构设计的完美结合。
红外伪装和隐身
陶瓷红外伪装和隐身技术涉及使用红外功能陶瓷材料来减少或改变目标的红外辐射特性，从而实现低红外可探测性。这些材料具有修改红外辐射特性的能力，在大气窗口带内表现出低红外发射率。在红外领域，它们有助于将目标的红外特征与周围环境融为一体，实现红外地形匹配，并最大程度地减少目标的红外特征信号。
雷达罩透波材料
航空航天波透明材料（雷达罩）旨在保护航天器的通信、遥测、引爆和制导系统，在恶劣的环境和气候条件下确保其正常运行。多孔氮化硅陶瓷材料具有低介电常数和介电损耗、低密度、良好的隔热性能、适当的强度、长寿命以及相对较低的雷达波吸收率，与其他陶瓷材料相比，使其非常适用于航空航天波透明应用。
卫星电池
为了最大限度延长卫星电池的使用寿命，需要使用陶瓷隔膜材料。陶瓷隔膜由稀土元素等复合材料制成，通过真空精细混合和高温烧结形成。这些隔膜对强酸和强碱具有抗性，并且不溶于铬酸浴溶液。
飞机刹车盘和火箭发动机抗氧化陶瓷涂层
碳/碳复合材料广泛应用于航空航天领域，用于火箭发动机喷嘴和飞机制动盘等部件，因其独特的性能。然而，在富氧环境中高于400°C时，它们容易氧化，从而严重降低其性能。为了解决这一问题，通常会涂覆抗氧化陶瓷涂层，提供优异的物理和化学稳定性，以防止氧化。
7. 陶瓷基板
在火箭穿越大气层的过程中，会发生显著的外部摩擦，影响内部传感器如温度和压力传感器。外部力会产生大量热量，压力传感器的准确性至关重要。如果内部电路板因外部力而受损，传感器将变得无用。氧化锆陶瓷基板以其高耐磨性和抗压强度，是防止此类损坏的理想选择。
太空飞船外壳
高温陶瓷涂层，如HfB2、ZrB2和ZrC，对提高表面的抗烧蚀性能和抗大气侵蚀性能至关重要，特别是对于高超声速飞行器。这些超高温陶瓷在改善飞行器表面的抗侵蚀性能方面发挥着关键作用，使其在航天器表面保护方面不可替代。
红外系统保护窗户
这种陶瓷由俄罗斯远东联邦大学的年轻学者、俄罗斯科学院远东分院化学研究所、乌克兰国家科学院单晶研究所和中国科学院上海硅酸盐研究所共同开发。它用于航空航天设备中的红外系统保护窗，使6000纳米以下的红外光透射率超过70%。
10. 航空发动机
所有发动机都是基于卡诺循环原理运行的，其中较高的气体温度会导致更高的效率。为了提高航空发动机的推重比并减少燃料消耗，增加涡轮进气温度至关重要。因此，对高温结构陶瓷和陶瓷基复合材料的研究对于开发高推重比航空发动机至关重要。欧洲公司，如欧洲发动机公司，在制造火箭推进系统的复合材料方面处于领先地位，纤维陶瓷现在占火箭和发动机结构的重要部分。
高海拔氧气设备
现代飞行任务通常持续数小时，战斗飞机无法像商用航空公司那样为飞行员创造一个适应环境。在像机舱盖破裂这样的紧急情况下，飞行员必须继续在高空作战。这需要在整个任务期间持续供应氧气，无论是在常规飞行条件下还是在紧急情况下。因此，专门的氧气供应设备确保飞行员在长时间任务和紧急情况下接收纯净或富氧气。
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