Применение современных керамических материалов.

Применение в высокоскоростных летательных аппаратах

Высокоскоростные летательные аппараты являются стратегическим оборудованием, за разработку которого борются ведущие военные державы. Их сверхзвуковой полет и обтекаемые конструкции приводят к серьезным проблемам аэродинамического нагрева. Типичная тепловая среда для высокоскоростных летательных аппаратов включает высокие температуры и сложные, жесткие термомеханические нагрузки. Существующие высокотемпературные сплавы уже не могут удовлетворить этим требованиям, что привело к появлению композитных материалов на основе керамической матрицы. В частности, композитные керамические материалы SiCf/SiC широко используются в горячих конструктивных элементах, таких как лопатки турбин, направляющие лопатки сопла и внешние кольца турбин авиационных двигателей. Плотность этих композитных материалов составляет примерно 1/4 от плотности высокотемпературных сплавов, что приводит к значительному снижению веса. Кроме того, они могут работать при температурах до 1400°C, что значительно упрощает конструкцию системы охлаждения и повышает тягу.

Применение в легкой броне

Легкая композитная броня имеет решающее значение для обеспечения живучести современного оборудования. Разработка керамических волокон и композитных материалов на основе керамической матрицы, армированных волокнами, является фундаментальной для применения легкой композитной брони. В настоящее время основными используемыми защитными керамическими материалами являются B4C, Al2O3, SiC и Si3N4. Керамика на основе карбида кремния, благодаря своим превосходным механическим свойствам и экономичности, стала одним из наиболее перспективных пуленепробиваемых керамических материалов. Разнообразные области применения в различных областях броневой защиты, включая индивидуальное снаряжение солдат, бронетехнику, боевые вертолеты, полицейские и гражданские специальные транспортные средства, обеспечивают ей широкие перспективы применения. По сравнению с керамикой Al2O3, керамика SiC имеет более низкую плотность, что полезно для повышения мобильности оборудования.

Применение в стрелковом оружии

Стрелковое оружие, как важная составляющая вооружения, обычно включает пистолеты, винтовки, пулеметы, гранатометы и специальное индивидуальное снаряжение (индивидуальные ракетные установки, индивидуальные ракеты и т. д.). Его основная функция — запуск снарядов в целевую область для уничтожения или поражения целей противника. Условия эксплуатации стрелкового оружия включают высокие и низкие температуры, большую высоту, влажную жару, пыль, дождь, пыль и дождь, соляной туман и погружение в речную воду. Коррозионная стойкость имеет решающее значение. В настоящее время основные методы антикоррозионной обработки стрелкового оружия включают воронение, твердое анодирование, технологию ионно-контролируемого проникновения, алмазоподобные углеродные покрытия и плазменное азотирование. Особенно для оружия и оборудования, используемого в морских условиях, требование коррозионной стойкости в условиях солевого тумана в течение более 500 часов представляет собой серьезную проблему для традиционных методов нанесения покрытий.

Применение в стволах огнестрельного оружия

Ствол огнестрельного оружия является основным компонентом метательного оружия. Внутренняя структура ствола включает в себя патронник, переходной конус и нарезы, причем патронник и нарезы соединены переходным конусом. Традиционные стволы обычно изготавливаются из высокопрочной легированной стали. Во время выстрела внутренняя поверхность ствола подвергается комбинированному воздействию пороховых газов и снарядов, что приводит к образованию трещин и отслоению покрытия на внутренней стенке ствола. Повреждение канала ствола является результатом многократного воздействия высокотемпературных, высоконапорных и высокоскоростных пороховых газов и снарядов на стенку ствола. Переходной конус и дульный срез обычно первыми выходят из строя.

Для увеличения срока службы ствола наиболее распространенным методом является хромирование канала ствола, однако температура стойкости к окислению хромового покрытия не превышает 500°C. С постоянным увеличением давления в патроннике во время выстрела и экспоненциальным увеличением требований к сроку службы ствола, давление и температура, которым подвергается ствол, также возрастают. Использование высокой твердости, высокой прочности и высокотемпературной химической инертности керамики может эффективно уменьшить эрозию ствола и продлить срок его службы.

Применение в боеприпасах

Основными компонентами боеприпасов являются боевая часть и взрыватель. Боевая часть, как наиболее непосредственный компонент, вызывающий повреждения, в основном состоит из корпуса, осколочных элементов, взрывчатого заряда и взрывателя. Постоянное повышение поражающей способности боевой части всегда было целью разработки оружия. Особенно для осколочных гранат, осколки, образующиеся при взрыве боевой части, являются конечными поражающими элементами, и эффективная технология образования осколков всегда была предметом исследований в этой области.