تطبيقات المواد الخزفية المتقدمة

التطبيقات في الطائرات عالية السرعة

تُعدّ الطائرات عالية السرعة من المعدات الاستراتيجية التي تتنافس القوى العسكرية الكبرى على تطويرها. يؤدي طيرانها فوق الصوتي وهياكلها الحادة إلى مشاكل خطيرة في التسخين الديناميكي الهوائي. تتضمن البيئة الحرارية النموذجية للطائرات عالية السرعة درجات حرارة عالية وأحمالًا حرارية ميكانيكية معقدة وقاسية. لم تعد سبائك درجات الحرارة العالية الحالية قادرة على تلبية المتطلبات، مما أدى إلى ظهور المواد المركبة ذات المصفوفة الخزفية. على وجه الخصوص، تم استخدام مواد السيراميك المركبة SiCf/SiC على نطاق واسع في المكونات الهيكلية الساخنة مثل شفرات التوربينات، وشفرات توجيه الفوهات، وحلقات التوربينات الخارجية لمحركات الطائرات. تبلغ كثافة هذه المواد المركبة حوالي ربع كثافة سبائك درجات الحرارة العالية، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في الوزن. علاوة على ذلك، يمكنها العمل في درجات حرارة تصل إلى 1400 درجة مئوية، مما يبسط تصميم نظام التبريد بشكل كبير ويعزز قوة الدفع.

التطبيقات في الدروع خفيفة الوزن

تُعدّ الدروع المركبة خفيفة الوزن حاسمة للحفاظ على قدرة المعدات الحديثة على البقاء. يُعدّ تطوير الألياف الخزفية والمواد المركبة ذات المصفوفة الخزفية المقواة بالألياف أساسيًا لتطبيق الدروع المركبة خفيفة الوزن. حاليًا، تشمل مواد السيراميك الواقية الرئيسية المستخدمة B4C و Al2O3 و SiC و Si3N4. أصبحت سيراميك كربيد السيليكون، بفضل خصائصها الميكانيكية الممتازة وفعاليتها من حيث التكلفة، واحدة من أكثر مواد السيراميك الواعدة المقاومة للرصاص. تمنحها تطبيقاتها المتنوعة في مختلف مجالات الحماية بالدروع، بما في ذلك معدات الجنود الفردية، والأسلحة المدرعة للجيش، والمروحيات المسلحة، ومركبات الشرطة والمركبات المدنية الخاصة، آفاقًا واسعة للتطبيق. مقارنةً بسيراميك Al2O3، يتميز سيراميك SiC بكثافة أقل، وهو أمر مفيد لتحسين قدرة المعدات على الحركة.

التطبيقات في الأسلحة الصغيرة

تُعدّ الأسلحة الصغيرة، كجزء مهم من الأسلحة، عادةً ما تشمل المسدسات والبنادق والرشاشات وقاذفات القنابل اليدوية والمعدات الفردية الخاصة (قاذفات الصواريخ الفردية، والصواريخ الفردية، وما إلى ذلك). وتتمثل وظيفتها الرئيسية في إطلاق المقذوفات إلى منطقة الهدف لقتل أو تدمير أهداف العدو. تشمل ظروف تشغيل الأسلحة الصغيرة درجات الحرارة العالية والمنخفضة، والارتفاعات العالية، والرطوبة العالية، والغبار، والمطر، والغبار مع المطر، ورذاذ الملح، والغمر في مياه الأنهار. تُعدّ مقاومة التآكل أمرًا بالغ الأهمية. حاليًا، تشمل عمليات مقاومة التآكل الرئيسية للأسلحة الصغيرة التزريق، والأكسدة الصلبة، وتقنية الاختراق المتحكم فيه بالأيونات، وطلاءات الكربون الشبيهة بالماس، والنتردة بالبلازما. خاصةً بالنسبة للأسلحة والمعدات المستخدمة في البيئات البحرية، يُمثل شرط مقاومة التآكل في بيئات الرذاذ الملحي لأكثر من 500 ساعة تحديًا كبيرًا لأساليب الطلاء التقليدية.

تطبيقات في سبطانات البنادق

تُعد سبطانة البندقية مكونًا أساسيًا في الأسلحة القذيفة. يشمل الهيكل الداخلي للسبطانة غرفة الاحتراق، والمخروط الضاغط، والتجويف الحلزوني، حيث يربط المخروط الضاغط بين غرفة الاحتراق والتجويف الحلزوني. تُصنع سبطانات البنادق التقليدية عادةً من فولاذ سبائكي عالي القوة. أثناء الإطلاق، يتعرض الجزء الداخلي من السبطانة للتأثيرات المشتركة لغازات الدفع والمقذوفات، مما يؤدي إلى تشققات وانفصال طبقة الطلاء على الجدار الداخلي للسبطانة. وينتج تلف تجويف السبطانة عن التأثير المتكرر لغازات الدفع والمقذوفات عالية الحرارة والضغط والسرعة على جدار السبطانة. وعادةً ما يكون المخروط الضاغط وفوهة السبطانة أول الأجزاء التي تتعرض للتلف.

لتحسين عمر سبطانة البندقية، يُعد طلاء التجويف بالكروم الطريقة الأكثر شيوعًا، ولكن درجة حرارة مقاومة الأكسدة لطبقة طلاء الكروم لا تتجاوز 500 درجة مئوية. مع الزيادة المستمرة في ضغط غرفة الاحتراق أثناء الإطلاق والزيادة المتسارعة في متطلبات عمر سبطانة البندقية، يزداد أيضًا الضغط ودرجة الحرارة التي تتعرض لها السبطانة. ويمكن الاستفادة من الصلابة العالية والقوة العالية والخمول الكيميائي في درجات الحرارة العالية للسيراميك لتقليل تآكل سبطانة البندقية بشكل فعال وإطالة عمرها الافتراضي.

تطبيقات في الذخيرة

المكونات الرئيسية للذخيرة هي الرأس الحربي والصمام. وباعتباره المكون الأكثر تأثيرًا في إحداث الضرر، يتكون الرأس الحربي بشكل أساسي من الغلاف، وعناصر التجزئة، والشحنة المتفجرة، والصمام. لطالما كان تحسين فاعلية الرأس الحربي هدفًا يسعى إليه تطوير الأسلحة. خاصةً بالنسبة للقنابل اليدوية ذات التأثير المساحي، تُعد الشظايا الناتجة عن انفجار الرأس الحربي عناصر القتل النهائية، ولطالما كانت تقنية التجزئة الفعالة تحديًا بحثيًا في هذا المجال.