การประยุกต์ใช้ของวัสดุเซรามิกขั้นสูง

การใช้งานในอากาศยานความเร็วสูง

อากาศยานความเร็วสูงเป็นอุปกรณ์ทางยุทธศาสตร์ที่มหาอำนาจทางทหารต่างแข่งขันกันพัฒนา การบินด้วยความเร็วเหนือเสียงและโครงสร้างที่แหลมคมทำให้เกิดปัญหาความร้อนจากการเสียดสีทางอากาศพลศาสตร์อย่างรุนแรง สภาพแวดล้อมทางความร้อนทั่วไปสำหรับอากาศยานความเร็วสูงเกี่ยวข้องกับอุณหภูมิสูงและภาระทางความร้อนเชิงกลที่ซับซ้อนและรุนแรง โลหะผสมทนความร้อนที่มีอยู่ไม่สามารถตอบสนองความต้องการได้อีกต่อไป ทำให้เกิดวัสดุคอมโพสิตเซรามิกขึ้นมา โดยเฉพาะอย่างยิ่ง วัสดุคอมโพสิตเซรามิก SiCf/SiC ได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในชิ้นส่วนโครงสร้างที่ต้องทนความร้อนสูง เช่น ใบพัดกังหัน ใบพัดนำทางหัวฉีด และวงแหวนด้านนอกของกังหันของเครื่องยนต์อากาศยาน ความหนาแน่นของวัสดุคอมโพสิตนี้ประมาณ 1/4 ของโลหะผสมทนความร้อน ทำให้ลดน้ำหนักได้อย่างมาก นอกจากนี้ยังสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิสูงถึง 1400°C ซึ่งช่วยลดความซับซ้อนในการออกแบบระบบระบายความร้อนและเพิ่มแรงขับเคลื่อน

การใช้งานในเกราะน้ำหนักเบา

เกราะคอมโพสิตน้ำหนักเบาเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการรักษาความอยู่รอดของอุปกรณ์สมัยใหม่ การพัฒนาเส้นใยเซรามิกและวัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์เซรามิกเสริมใยเป็นพื้นฐานสำหรับการประยุกต์ใช้เกราะคอมโพสิตน้ำหนักเบา ปัจจุบัน วัสดุเซรามิกป้องกันหลักที่ใช้ ได้แก่ B4C, Al2O3, SiC และ Si3N4 เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ที่มีคุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยมและคุ้มค่า ได้กลายเป็นหนึ่งในวัสดุเซรามิกกันกระสุนที่มีแนวโน้มมากที่สุด การใช้งานที่หลากหลายในด้านการป้องกันเกราะต่างๆ รวมถึงอุปกรณ์สำหรับทหารแต่ละคน อาวุธยานเกราะของกองทัพ เฮลิคอปเตอร์ติดอาวุธ ยานพาหนะพิเศษของตำรวจและพลเรือน ทำให้มีโอกาสในการใช้งานที่กว้างขวาง เมื่อเทียบกับเซรามิก Al2O3 เซรามิก SiC มีความหนาแน่นต่ำกว่า ซึ่งเป็นประโยชน์ในการปรับปรุงความคล่องตัวของอุปกรณ์

การใช้งานในอาวุธขนาดเล็ก

อาวุธขนาดเล็กเป็นส่วนประกอบสำคัญของอาวุธยุทโธปกรณ์ โดยทั่วไปประกอบด้วยปืนพก ปืนไรเฟิล ปืนกล เครื่องยิงลูกระเบิด และอุปกรณ์พิเศษสำหรับบุคคล (เครื่องยิงจรวดส่วนบุคคล ขีปนาวุธส่วนบุคคล ฯลฯ) หน้าที่หลักคือการยิงกระสุนไปยังเป้าหมายเพื่อสังหารหรือทำลายเป้าหมายของศัตรู สภาพการใช้งานของอาวุธขนาดเล็ก ได้แก่ อุณหภูมิสูง อุณหภูมิต่ำ ระดับความสูงสูง ความร้อนชื้น ฝุ่นละออง ฝน ฝุ่นผสมฝน ละอองเกลือ และการแช่ในน้ำแม่น้ำ ความต้านทานการกัดกร่อนเป็นสิ่งสำคัญ ปัจจุบัน กระบวนการป้องกันการกัดกร่อนหลักสำหรับอาวุธขนาดเล็ก ได้แก่ การเคลือบสีน้ำเงิน การชุบอะโนไดซ์แบบแข็ง เทคโนโลยีการเจาะด้วยไอออน การเคลือบด้วยคาร์บอนคล้ายเพชร และการไนไตรด์ด้วยพลาสมา โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอาวุธและอุปกรณ์ที่ใช้ในสภาพแสภาพแวดล้อมทางทะเล ข้อกำหนดด้านความต้านทานการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมที่มีละอองเกลือเป็นเวลานานกว่า 500 ชั่วโมงนั้นเป็นความท้าทายอย่างมากต่อการเคลือบผิวแบบดั้งเดิม

การใช้งานในลำกล้องปืน

ลำกล้องปืนเป็นส่วนประกอบหลักของอาวุธยิง โครงสร้างภายในของลำกล้องปืนประกอบด้วยห้องบรรจุ กระบอกลดแรงดัน และร่องเกลียว โดยห้องบรรจุและร่องเกลียวเชื่อมต่อกันด้วยกระบอกลดแรงดัน ลำกล้องปืนแบบดั้งเดิมโดยทั่วไปทำจากเหล็กกล้าอัลลอยด์ที่มีความแข็งแรงสูง ในระหว่างการยิง ภายในลำกล้องปืนจะได้รับผลกระทบร่วมกันจากก๊าซขับดันและกระสุน ทำให้เกิดรอยแตกและการหลุดลอกของสารเคลือบที่ผนังด้านในของลำกล้อง ความเสียหายต่อรูลำกล้องปืนเป็นผลมาจากการกระทำซ้ำๆ ของก๊าซขับดันและกระสุนที่มีอุณหภูมิสูง ความดันสูง และความเร็วสูงต่อผนังลำกล้อง โดยปกติแล้วกระบอกลดแรงดันและปากกระบอกปืนจะเป็นส่วนแรกที่เสียหาย

เพื่อยืดอายุการใช้งานของลำกล้องปืน การชุบโครเมียมที่รูลำกล้องเป็นวิธีที่พบมากที่สุด แต่ชั้นเคลือบโครเมียมมีความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิไม่เกิน 500°C ด้วยการเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องของความดันในห้องบรรจุระหว่างการยิงและการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของข้อกำหนดด้านอายุการใช้งานของลำกล้องปืน ความดันและอุณหภูมิที่ลำกล้องปืนต้องรับก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน การใช้ความแข็งสูง ความแข็งแรงสูง และความเฉื่อยทางเคมีที่อุณหภูมิสูงของเซรามิกสามารถลดการสึกกร่อนของลำกล้องปืนได้อย่างมีประสิทธิภาพและยืดอายุการใช้งานได้

การใช้งานในกระสุน

ส่วนประกอบหลักของกระสุนคือหัวรบและชนวนระเบิด ในฐานะที่เป็นส่วนประกอบที่ก่อให้เกิดความเสียหายโดยตรงที่สุด หัวรบประกอบด้วยปลอกกระสุน ชิ้นส่วนแตกกระจาย สารระเบิด และชนวนระเบิด การปรับปรุงประสิทธิภาพการทำลายล้างของหัวรบอย่างต่อเนื่องเป็นเป้าหมายที่มุ่งมั่นในการพัฒนาอาวุธมาโดยตลอด โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับระเบิดมือแบบกระจายพื้นที่ ชิ้นส่วนที่เกิดจากการระเบิดของหัวรบเป็นองค์ประกอบสำคัญในการทำลายล้าง และเทคโนโลยีการแตกกระจายที่มีประสิทธิภาพเป็นความท้าทายในการวิจัยในสาขานี้มาโดยตลอด