في 16 يناير 2020، حققت شركتنا اختراقات جديدة في إنتاج المواد العسكرية الجديدة من السيراميك الخاص، بما في ذلك السبائك الفائقة وألياف الكربون والمواد الخزفية الخاصة. تتمتع المواد الخزفية الخاصة بمزايا كبيرة مقارنة بالمواد التقليدية: كثافتها هي فقط 1/4 إلى 1/3 من السبائك المعدنية ذات درجة الحرارة العالية، القوة العالية، مقاومة التآكل، لديها مقاومة جيدة لدرجات الحرارة العالية، مقاومة زحف درجات الحرارة العالية، يمكن تطبيقها في تتمتع المجالات الجوية والعسكرية والصناعية، وخاصة في الأجزاء الساخنة لمحركات الطيران الفضائي، بمزايا. 1) مجال المحرك الهوائي: إنه المادة المثالية لتطوير محرك هوائي ذو نسبة دفع إلى وزن عالية، والذي من المتوقع أن يحل محل السبائك الفائقة؛ 2) مجال الفضاء الجوي: يمكن استخدامه للأجزاء الهيكلية الحرارية لمحرك الصاروخ، ونظام الحماية الحرارية للطائرات، وما إلى ذلك؛ 3) صناعة السيارات: تحسين أداء السيارة وتقليل وزن الجسم؛ 4) الطاقة النووية: يمكن استخدامها للمكونات النووية ذات درجة الحرارة العالية ومواد تكسية الوقود النووي؛ 5) الأسلحة : للبترول .
يستخدم لتحسين كفاءة المحركات التوربينية
يتمتع السيراميك بمقاومة درجات الحرارة العالية، ويمكن استخدام مركبات المصفوفة الخزفية وطلاءات الحاجز الحراري الخزفية لزيادة كفاءة المحركات التوربينية. يمكن أن يعمل السيراميك عند درجات حرارة أعلى من 1100 درجة مئوية مع تبريد قليل أو معدوم، كما أن مركبات المصفوفة الخزفية أخف بنسبة 30 إلى 50 بالمائة من السبائك المعدنية المستخدمة حاليًا. عندما يتم طلاء كل من بطانة الموقد المركبة وشفرات التوربين بالسيراميك، يمكن رفع درجة حرارة التشغيل إلى 1650 درجة مئوية ويمكن حماية المكونات في بيئة الاحتراق. تم اختبار الطلاءات الخزفية متعددة المكونات المعتمدة على أكسيد الهافنيوم بشكل مستمر لمدة 300 ساعة عند درجة حرارة 1650 درجة.
يستخدم لمحرك الطائرات وقرص فرامل الطائرات
بالنسبة لمحركات الطائرات، تعد زيادة درجة حرارة الغاز الأمامي للتوربين هي الطريقة التقنية الرئيسية لزيادة قوة دفع المحرك. ومع ذلك، فإن درجة الحرارة الحالية للغاز الأمامي للتوربين قد اقتربت تدريجيًا من نقطة انصهار السبائك الفائقة نفسها، ولا يوجد مجال كبير لارتفاع درجة الحرارة. ولذلك، هناك حاجة إلى مواد بديلة. تتمتع مركبات المصفوفة الخزفية بمقاومة درجات الحرارة العالية ويمكن استخدامها للمكونات الساخنة. أظهرت النتائج أن المواد المركبة الخزفية يمكنها زيادة درجة حرارة الغاز في مقدمة التوربين بأكثر من 300 كلفن. وفي الوقت نفسه، تكون كثافة المواد المركبة ذات المصفوفة الخزفية صغيرة، مما يساعد على تقليل وزن المحرك. ومع استمرار صناعة الطيران المدني في السعي لتحقيق كفاءة أكبر في استهلاك الوقود، تتوقع جنرال إلكتريك أن ينمو استخدام مركبات المصفوفة الخزفية في الطيران بمقدار عشرة أضعاف خلال العقد المقبل. بالمقارنة مع الجيل السابق من قرص الفرامل المصنوع من السيراميك الكربوني، يتم زيادة معامل الاحتكاك الساكن بمقدار 1-2 مرة، ويتم تقليل توهين أداء الاحتكاك الرطب بأكثر من 60%، ويتم تقليل معدل التآكل بأكثر من 50%، و يتم زيادة عمر الخدمة بمقدار 1-2 مرة. يتم تقليل دورة الإنتاج بمقدار 2/3، وتقليل تكلفة الإنتاج بمقدار 1/3، وتقليل استهلاك الطاقة بنسبة 2/3، وزيادة أداء التكلفة بمقدار 2-3 مرة. في الوقت الحاضر، إنها المادة الوحيدة الموجودة في العالم التي لا يمكنها تخفيف الخصائص الفيزيائية في بيئة درجة حرارة عالية تصل إلى 1500 درجة. وبعد الترويج والتطبيق، يمكنها توفير حوالي 300 مليون يوان من تكلفة الطائرات المدنية الصينية كل عام.
لمكونات الهيكل الحراري لمحرك الصاروخ
يمكن استخدام مركبات المصفوفة الخزفية في محركات الصواريخ. يعتبر مركب المصفوفة الخزفية مادة هيكلية حرارية مثالية لمحرك الصاروخ السائل بسبب مقاومته العالية للصدمات الحرارية، والاستقرار الكيميائي العالي للوقود السائل، ومقاومة درجات الحرارة العالية مقارنة بالمواد المعدنية، ومقاومة الزحف العالية.
مواد الحماية الحرارية للمركبات الفضائية والصواريخ
أثناء عملية دخول المركبة الفضائية إلى الغلاف الجوي، تصل درجة حرارة مخروط الأنف والحافة الأمامية للجناح للمركبة الفضائية إلى 1650 درجة بسبب التسخين الديناميكي الهوائي القوي. يعد نظام الحماية الحرارية أحد التقنيات الرئيسية للمركبات الفضائية. يعتمد تصميم الجيل الأول من نظام الحماية الحرارية على فكرة فصل إطلاق الحرارة عن الهيكل، أي إضافة نظام إطلاق الحرارة خارج هيكل التبريد. لقد أدى تطوير مركبات C/SiC إلى دمج الهيكل الحامل وإطلاق الحرارة للطائرات. خاصة بعد الحادث الناجم عن فشل نظام الحماية الحرارية لكولومبيا، فقد اجتذب مركب المصفوفة الخزفية C/SiC المزيد من الاهتمام. تشمل مكونات المواد الإنشائية الحرارية مخاريط الأنف وزعانف التوجيه والأجنحة وألواح تغطية المكوكات الفضائية والصواريخ.
تتميز المواد العازلة المسامية الخزفية بتوزيع موحد للمسام، ومسامية عالية، وكثافة صغيرة الحجم، مع مساحة سطح محددة مطورة وأداء فريد، مقارنة بهيكل الحماية الحرارية المعدنية، ومعامل التمدد الحراري للبلاط العازل المسامي الخزفي منخفض، حتى لو كان فرق درجة الحرارة كبيرة، لن تنتج إجهادًا حراريًا كبيرًا وتشوهًا للمادة. في الوقت نفسه، نظرًا لأنه كلما انخفضت كثافة طبقة الدرع الحراري، زادت كفاءة طبقة الدرع الحراري وصغر حجمها، فإن الكثافة المنخفضة لبلاط العزل المسامي الخزفي يمكن أن توفر قدرة أفضل على المناورة للطائرة، وزيادة المزيد الحمولة، وتحمل درجات الحرارة المرتفعة. بالمقارنة مع هياكل الحماية الحرارية المرنة، يمكن للبلاط العازل المسامي الخزفي أن يتحمل تدفق الحرارة العالي، ويتحمل حمولة معينة، ويمكن أن يحافظ على الشكل الديناميكي الهوائي للطائرة دون تغيير. بناءً على المزايا المذكورة أعلاه، تم استخدام هيكل الحماية الحرارية للبلاط العازل المسامي الخزفي على نطاق واسع في مركبات الإطلاق القابلة لإعادة الاستخدام، حيث يشغل معظم نظام الحماية الحرارية للمركبات الفضائية. وفقًا للهيكل الداخلي للمادة، يمكن تقسيم المواد العازلة المسامية الخزفية إلى مواد عازلة من ألياف السيراميك ومواد عازلة للمسام الخزفية. تم تجهيز بعض المروحيات العسكرية بأنظمة درع السيراميك، بما في ذلك مقاعد السيراميك المدرعة، ومكونات السيراميك، وأنظمة الألواح الخزفية. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم أيضًا مركبات المصفوفة الخزفية في المركبات القتالية المدرعة التابعة للجيش، مثل مركبة سترايكر المدرعة المتوسطة.
يستخدم في الأنظمة البصرية مثل مرايا الأقمار الصناعية
تتميز المواد الخزفية بالشفافية بالنسبة لأنواع معينة من الطاقة، مثل الضوء، أو أي شكل آخر مشابه، لذلك يمكن استخدام السيراميك في قباب الأشعة تحت الحمراء، وحماية أجهزة الاستشعار، والنوافذ متعددة الأطياف. بالإضافة إلى الخصائص البصرية، تتمتع المواد الخزفية المتقدمة بمقاومة التآكل والقوة العالية والثبات الحراري الذي تريده هذه الأجهزة. متطلبات أداء مواد مرآة الأقمار الصناعية هي كثافة منخفضة، وصلابة محددة كبيرة، ومعامل تمدد حراري منخفض CTE، وموصلية حرارية عالية، وقوة وصلابة مناسبة، وقابلية للتصميم، وما إلى ذلك. إن معالجة المرايا الزجاجية والمرايا المعدنية إلى مرايا كبيرة وخفيفة لها متطلبات معينة القيود. لذلك، تتم دراسة المرآة المركبة C/SiC في الداخل والخارج، والمواد المركبة لديها كثافة منخفضة، وصلابة عالية، ومعامل تمدد حراري صغير عند درجات حرارة منخفضة وموصلية حرارية جيدة، والخواص الحرارية والميكانيكية مثالية، ويمكن الحصول على سطح ممتاز. التلميع، هو مادة أساسية مثالية جدًا لمرآة الأقمار الصناعية. تم إعداد الولايات المتحدة وروسيا وألمانيا وكندا وغيرها، باستخدام مادة مركبة من كربيد السيليكون المقوى بألياف الكربون (Cf/SiC)
مرآة عالية الأداء
يتم استخدام مادة السيراميك الزجاجية ذات الخصائص الخاصة في قذائف المدفعية ذات النوافذ الكهرومغناطيسية بسبب خصائصها الكهربائية الممتازة ومقاومتها لدرجات الحرارة العالية. يتم استخدام السيراميك الزجاجي الخاص في النافذة الكهرومغناطيسية لقاذفة الأسلحة بسبب مقاومته لدرجات الحرارة العالية وخصائصه الكهربائية المناسبة. يتمتع نيتريد السيليكون (سيراميك غير أكسيد) بقوة ميكانيكية ممتازة وخصائص عازلة ويستخدم في رادارات أحدث أنظمة الدفاع الجوي الصاروخي. يمكن أن تمر الموجات الدقيقة أو غيرها من الطاقة عبر هذه المادة لتحديد الأهداف. تسمح قوتها الميكانيكية العالية للنظام الصاروخي بمقاومة التآكل وتغيرات درجات الحرارة التي تحدث أثناء الطيران فائق السرعة عبر الغلاف الجوي. ويجري أيضًا تطوير سيراميك أكسيد الإيتريوم النانوي (نوع من سيراميك الأكسيد) لاستخدامه في النوافذ الشفافة التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء للصواريخ.
ويجري أيضًا تطوير مواد شفافة مثل الزجاج الأمامي والدروع الواقية من الانفجار وأجهزة استشعار الطائرات لاستخدامها في الطيران. تتمتع مادة سيراميك الإسبنيل (ألومينات المغنيسيوم) المناسبة للمستشعر بخصائص بصرية ممتازة في منطقة الأشعة تحت الحمراء، بينما يمتص جهاز الحماية السابق الطاقة، مما يؤثر على كفاءة اتصال الإشارة. الطلب قوي على المكثفات الخزفية العسكرية للأجهزة الإلكترونية المعلوماتية. السيراميك الإلكتروني بالإضافة إلى استخدامه على نطاق واسع في المجال المدني، مع تسارع تكنولوجيا المعلومات للأسلحة والمعدات، مثل المكثفات الخزفية مثل السيراميك الإلكتروني في المجال العسكري يتزايد الطلب، وخاصة شريحة المكثف السيراميكي متعدد الطبقات (MLCC) ، حصة السوق أكثر من 90٪)، والسوق العسكرية لديها متطلبات جودة أعلى للمكثفات. حافظ حجم سوق المكثفات الخزفية العسكرية الصينية على نمو يزيد عن 10% على مر السنين.
يتم استخدام المواد الخزفية ومركبات المصفوفة الخزفية في الدروع
مثل الدروع الواقية للبدن والطائرات الحربية والمركبات المدرعة. يتكون الدرع الواقي من الرصاص بشكل أساسي من سترة وطبقة مضادة للرصاص من جزأين، الطبقة المضادة للرصاص يمكن أن تمتص الطاقة الحركية للرأس الحربي أو الشظايا، والرأس الحربي أو الشظايا منخفضة السرعة لها تأثير وقائي واضح، في السيطرة على انخفاض معين يمكن أن تقلل من الأضرار التي لحقت الصدر البشري والبطن. يمكن استخدام مركبات مصفوفة سيراميك كربيد البورون المضغوطة على الساخن وكربيد السيليكون لإنشاء أسطح خوذة قوية مضادة للهجوم. تعد الصين ثالث أكبر منتج للدروع الواقية للبدن في العالم، ففي السوق الدولية يبلغ سعر الدروع الواقية للبدن في بلادنا حوالي 500 دولار أمريكي، بينما يبلغ سعر الدروع الواقية للبدن في بلدان أخرى حوالي 800 دولار أمريكي، من حيث تكاليف التصنيع ، بلادنا لديها مزايا. بالمقارنة مع المواد التقليدية مثل البلاستيك والمعادن، تتمتع المواد الخزفية المتقدمة بمزايا الوزن الخفيف، ومقاومة درجات الحرارة العالية، والصلابة العالية، ومقاومة الاحتكاك، ومقاومة التآكل، ومعامل الاحتكاك الصغير، والموصلية الخاصة. مواد صفائح السيراميك شائعة الاستخدام هي ثنائي بوريد التيتانيوم وكربيد البورون وكربيد السيليكون والألومينا وما إلى ذلك. يتم استخدامه على نطاق واسع في الدروع الواقية للبدن خفيفة الوزن والمتينة ضد البنادق ذات العيار المتوسط. يمكن لكربيد البورون المضغوط على الساخن وسيراميك كربيد السيليكون تحسين التركيبة الهيكلية للمواد المركبة لإنشاء صفائح درع قوية مقاومة للتأثيرات المتعددة. تم تجهيز طائرات أباتشي، وغزال، وسوبر بوما، وسوبر كوبرا، وبلاك هوك، وشينوك، وغيرها من المروحيات العسكرية بأنظمة دروع سيراميكية تتضمن مكونات مثل مقاعد مدرعة سيراميكية، ومكونات سيراميكية، وأنظمة ألواح سيراميكية.