Le 16 janvier 2020, notre société a réalisé de nouvelles avancées dans la production de nouveaux matériaux militaires, céramiques spéciales, notamment des superalliages, des fibres de carbone et des matériaux céramiques spéciaux. Les matériaux céramiques spéciaux présentent d'énormes avantages par rapport aux matériaux conventionnels : leur densité est de seulement 1/4 à 1/3 de celle de l'alliage métallique à haute température, haute résistance, résistance à l'usure, a une bonne résistance à haute température, résistance au fluage à haute température, peut être appliqué dans Les domaines aéronautique, militaire et industriel, en particulier dans les pièces chaudes des moteurs aérospatiaux, présentent des avantages. 1) domaine des moteurs d'avion : c'est le matériau idéal pour le développement de moteurs d'avion à rapport poussée/poids élevé, qui devraient remplacer le superalliage ; 2) Domaine aérospatial : peut être utilisé pour les pièces structurelles thermiques des moteurs de fusée, le système de protection thermique des avions, etc. 3) Industrie automobile : améliorer les performances des véhicules et réduire le poids corporel ; 4) Énergie nucléaire : peut être utilisée pour les composants nucléaires à haute température et les matériaux de gainage du combustible nucléaire ; 5) Armes : pour le canon.
Utilisé pour améliorer l'efficacité des moteurs à turbine
Les céramiques ont une résistance à haute température, et des composites à matrice céramique et des revêtements de barrière thermique en céramique peuvent être utilisés pour augmenter l'efficacité des moteurs à turbine. Les céramiques peuvent fonctionner à des températures supérieures à 1 100 degrés Celsius avec peu ou pas de refroidissement, et les composites à matrice céramique sont 30 à 50 % plus légers que les alliages métalliques actuellement utilisés. Lorsque le revêtement composite du brûleur et les aubes de la turbine sont recouverts de céramique, la température de fonctionnement peut être augmentée jusqu'à 1 650 degrés C et les composants peuvent être protégés dans l'environnement de combustion. Des revêtements céramiques multicomposants à base d'oxyde de hafnium ont été testés en continu pendant 300 heures à 1650 degrés.
Utilisé pour le moteur d'avion et le disque de frein d'avion
Pour les moteurs d’avion, l’augmentation de la température des gaz à l’avant de la turbine constitue le principal moyen technique d’augmenter la poussée du moteur. Cependant, la température actuelle du gaz à l’avant de la turbine s’est progressivement rapprochée du point de fusion du superalliage lui-même, et il y a peu de place pour une augmentation de température. Des matériaux alternatifs sont donc nécessaires. Les composites à matrice céramique ont une résistance à haute température et peuvent être utilisés pour les composants chauds. Les résultats montrent que les composites à matrice céramique peuvent augmenter la température des gaz à l’avant de la turbine de plus de 300 K. Dans le même temps, la densité du matériau composite à matrice céramique est faible, ce qui favorise la réduction du poids du moteur. Alors que l'industrie de l'aviation civile continue de rechercher une plus grande efficacité énergétique, GE s'attend à ce que l'utilisation de composites à matrice céramique dans l'aviation soit décuplée au cours de la prochaine décennie. Par rapport à la génération précédente de disque de frein en carbone-céramique, le coefficient de frottement statique est augmenté de 1-2 fois, l'atténuation des performances de frottement sur sol mouillé est réduite de plus de 60 %, le taux d'usure est réduit de plus de 50 % et la durée de vie est augmentée de 1-2 fois. Le cycle de production est réduit des 2/3, le coût de production est réduit de 1/3, la consommation d'énergie est réduite de 2/3 et le rapport coût-performance est augmenté de 2-3 fois. À l'heure actuelle, c'est le seul matériau trouvé au monde qui ne peut pas atténuer les propriétés physiques dans un environnement à haute température de 1 500 degrés. Après la promotion et la candidature, il est possible d'économiser environ 300 millions de yuans sur le coût des avions civils chinois chaque année.
Pour les composants de la structure thermique des moteurs-fusées
Les composites à matrice céramique peuvent être utilisés dans les moteurs de fusée. Le composite à matrice céramique est un matériau de structure thermique idéal pour les moteurs de fusée liquides en raison de sa résistance élevée aux chocs thermiques, de sa stabilité chimique élevée au propulseur liquide, de sa résistance aux températures élevées par rapport aux matériaux métalliques et de sa résistance élevée au fluage.
Matériaux de protection thermique pour véhicules spatiaux et missiles
Au cours du processus d'entrée du vaisseau spatial dans l'atmosphère, la température du cône avant et du bord d'attaque de l'aile du vaisseau spatial atteint 1 650 degrés en raison d'un fort échauffement aérodynamique. Le système de protection thermique est l’une des technologies clés des engins spatiaux. La conception du système de protection thermique de première génération est basée sur l'idée de séparer le dégagement de chaleur de la structure, c'est-à-dire d'ajouter un système de dégagement de chaleur à l'extérieur de la structure de refroidissement. Le développement des composites C/SiC a intégré la structure porteuse et le dégagement thermique des avions. Surtout après l'accident provoqué par la défaillance du système de protection thermique de Columbia, le composite à matrice céramique C/SiC a attiré davantage d'attention. Les composants des matériaux de structure thermique comprennent les cônes avant, les ailettes de guidage, les ailes et les plaques de recouvrement des navettes spatiales et des missiles.
Le matériau isolant poreux en céramique a une répartition uniforme des pores, une porosité élevée, une faible densité volumique, avec une surface spécifique développée et des performances uniques, par rapport à la structure de protection thermique en métal, le coefficient de dilatation thermique des carreaux d'isolation poreux en céramique est faible, même si la différence de température est grand, ne produira pas de contrainte thermique importante ni de déformation du matériau. Dans le même temps, étant donné que plus la densité de la couche de bouclier thermique est faible, plus l'efficacité de la couche de bouclier thermique est élevée et plus la masse est petite, la faible densité de la tuile isolante poreuse en céramique peut apporter une meilleure maniabilité à l'avion, augmenter davantage charge utile et résister à des températures plus élevées. Par rapport aux structures flexibles de protection thermique, les dalles isolantes poreuses en céramique peuvent résister à un flux thermique plus élevé, résister à une certaine charge et maintenir la forme aérodynamique de l'avion inchangée. Sur la base des avantages ci-dessus, la structure de protection thermique des tuiles isolantes poreuses en céramique a été largement utilisée dans les lanceurs réutilisables, occupant la majeure partie du système de protection thermique des engins spatiaux. Selon la structure interne du matériau, les matériaux isolants poreux en céramique peuvent être divisés en matériaux isolants en fibres céramiques et en matériaux isolants à pores en céramique. Certains hélicoptères militaires sont équipés de systèmes de blindage en céramique, notamment de sièges blindés en céramique, de composants en céramique et de systèmes de panneaux en céramique. En outre, les composites à matrice céramique sont également utilisés dans les véhicules blindés de combat de l'armée, tels que le véhicule blindé moyen Stryker.
Utilisé dans les systèmes optiques tels que les miroirs satellites
Les matériaux céramiques sont transparents pour certains types d'énergie, tels que la lumière ou toute autre forme similaire, de sorte que la céramique peut être utilisée dans les dômes infrarouges, la protection des capteurs et les fenêtres multispectrales. En plus de leurs propriétés optiques, les matériaux céramiques avancés présentent la résistance à l'usure, la haute résistance et la stabilité thermique souhaitées par ces dispositifs. Les exigences de performance des matériaux des miroirs satellites sont une faible densité, une grande rigidité spécifique, un faible coefficient de dilatation thermique CTE, une conductivité thermique élevée et une résistance et une dureté appropriées, une aptitude à la conception, etc. Le traitement des miroirs en verre et des miroirs métalliques en miroirs grands et légers a certaines limites. Par conséquent, le miroir composite C/SiC est étudié dans le pays et à l'étranger, le matériau composite a une faible densité, une rigidité élevée, un faible coefficient de dilatation thermique à basse température et une bonne conductivité thermique, les propriétés thermiques et mécaniques sont idéales et peuvent obtenir une excellente surface. le polissage, est un matériau de base de miroir satellite très idéal. Les États-Unis, la Russie, l'Allemagne, le Canada, etc., utilisant un matériau composite de carbure de silicium renforcé de fibres de carbone (Cf/SiC) préparé
Miroir haute performance
Un matériau vitrocéramique aux propriétés spéciales est utilisé dans les obus d’artillerie à fenêtre électromagnétique en raison de ses excellentes propriétés électriques et de sa résistance aux températures élevées. Une vitrocéramique spéciale est utilisée dans la fenêtre électromagnétique d'un lanceur d'armes à feu en raison de sa résistance aux températures élevées et de ses propriétés électriques appropriées. Le nitrure de silicium (céramique sans oxyde) possède d'excellentes propriétés mécaniques et diélectriques et est utilisé dans les radômes radar des derniers systèmes de défense aérienne de missiles. Des micro-ondes ou d'autres énergies peuvent traverser ce matériau pour localiser des cibles. Sa haute résistance mécanique permet au système de missile de résister à l’érosion et aux changements de température qui se produisent lors d’un vol à hypervitesse dans l’atmosphère. Des céramiques d'oxyde de nano-yttrium (un type de céramique d'oxyde) sont également en cours de développement pour être utilisées dans les fenêtres transparentes infrarouges des missiles.
Des matériaux transparents tels que des pare-brise, des boucliers anti-souffle et des capteurs d'avions sont également développés pour être utilisés dans l'aviation. Le matériau céramique spinelle (aluminate de magnésium) adapté au capteur possède d'excellentes propriétés optiques dans la région infrarouge, tandis que le dispositif de protection précédent absorbe l'énergie, affectant l'efficacité de la communication du signal. La demande de condensateurs militaires en céramique pour les appareils électroniques d’information est forte. Les céramiques électroniques, en plus d'être largement utilisées dans le domaine civil, avec l'accélération des technologies de l'information sur les armes et les équipements, telles que les condensateurs céramiques tels que les céramiques électroniques dans le domaine militaire, connaissent une demande croissante, en particulier les condensateurs céramiques multicouches à puce (MLCC). , part de marché de plus de 90 %), et le marché militaire a des exigences de qualité plus élevées pour les condensateurs. La taille du marché des condensateurs céramiques militaires chinois a maintenu une croissance de plus de 10 % au fil des ans.
Les matériaux céramiques et les composites à matrice céramique sont utilisés dans les armures
Tels que les gilets pare-balles, les avions de guerre et les véhicules blindés. Le gilet pare-balles est principalement composé d'une veste et d'une couche pare-balles en deux parties, la couche pare-balles peut absorber l'énergie cinétique de l'ogive ou des éclats d'obus, l'ogive ou les éclats d'obus à basse vitesse ont un effet protecteur évident, dans le contrôle d'une certaine dépression peut réduire le dommages à la poitrine humaine, à l'abdomen. Des composites à matrice céramique de carbure de bore et de carbure de silicium pressés à chaud peuvent être utilisés pour créer des ponts de casque anti-attaque robustes. La Chine est le troisième plus grand fabricant mondial de gilets pare-balles. Sur le marché international, le prix des gilets pare-balles dans notre pays est d'environ 500 dollars américains, tandis que le prix des gilets pare-balles dans d'autres pays est d'environ 800 dollars américains, en termes de coûts de fabrication. , notre pays a des atouts. Par rapport aux matériaux traditionnels tels que les plastiques et les métaux, les matériaux céramiques avancés présentent les avantages d'un poids léger, d'une résistance aux températures élevées, d'une dureté élevée, d'une résistance au frottement, d'une résistance à la corrosion, d'un faible coefficient de frottement et d'une conductivité spéciale. Les matériaux en feuille de céramique couramment utilisés sont le diborure de titane, le carbure de bore, le carbure de silicium, l'alumine, etc. Il est largement utilisé dans les gilets pare-balles légers et durables contre les armes à feu de moyen calibre. Les céramiques de carbure de bore et de carbure de silicium pressées à chaud peuvent optimiser la combinaison structurelle de matériaux composites pour créer des plaques de blindage solides résistantes à de multiples impacts. Apache, Gazelle, Super Puma, Super Cobra, Black Hawk, Chinook et d'autres hélicoptères militaires sont équipés de systèmes de blindage en céramique qui comprennent des composants tels que des sièges blindés en céramique, des composants en céramique et des systèmes de panneaux en céramique.