Các ứng dụng của vật liệu gốm tiên tiến
Ứng dụng trong máy bay tốc độ cao
Máy bay tốc độ cao là thiết bị chiến lược mà các cường quốc quân sự lớn đang cạnh tranh nhau để phát triển. Chuyến bay siêu thanh và cấu trúc sắc bén của chúng dẫn đến các vấn đề nhiệt động học nghiêm trọng. Môi trường nhiệt điển hình cho máy bay tốc độ cao bao gồm nhiệt độ cao và tải trọng nhiệt cơ học phức tạp, khắc nghiệt. Các hợp kim chịu nhiệt hiện có không còn đáp ứng được yêu cầu, dẫn đến sự ra đời của vật liệu composite ma trận gốm. Đặc biệt, vật liệu composite gốm SiCf/SiC đã được sử dụng rộng rãi trong các bộ phận cấu trúc chịu nhiệt như cánh tuabin, cánh dẫn hướng vòi phun và vòng ngoài tuabin của động cơ máy bay. Mật độ vật liệu composite của chúng chỉ bằng khoảng 1/4 so với hợp kim chịu nhiệt, giúp giảm trọng lượng đáng kể. Hơn nữa, chúng có thể hoạt động ở nhiệt độ lên đến 1400°C, giúp đơn giản hóa đáng kể thiết kế hệ thống làm mát và tăng lực đẩy.
Ứng dụng trong áo giáp nhẹ
Áo giáp composite nhẹ rất quan trọng để duy trì khả năng sống sót của các thiết bị hiện đại. Sự phát triển của sợi gốm và vật liệu composite ma trận gốm gia cường bằng sợi là nền tảng cho ứng dụng của áo giáp composite nhẹ. Hiện nay, các vật liệu gốm bảo vệ chính được sử dụng bao gồm B4C, Al2O3, SiC và Si3N4. Gốm silicon carbide, với các đặc tính cơ học tuyệt vời và hiệu quả chi phí, đã trở thành một trong những vật liệu gốm chống đạn đầy hứa hẹn nhất. Các ứng dụng đa dạng của chúng trong nhiều lĩnh vực bảo vệ áo giáp khác nhau, bao gồm thiết bị cá nhân của binh lính, vũ khí bọc thép của quân đội, trực thăng vũ trang, xe chuyên dụng của cảnh sát và dân sự, mang lại cho chúng triển vọng ứng dụng rộng rãi. So với gốm Al2O3, gốm SiC có mật độ thấp hơn, có lợi cho việc cải thiện khả năng cơ động của thiết bị.
Ứng dụng trong vũ khí cá nhân
Vũ khí cá nhân, là một thành phần quan trọng của hệ thống vũ khí, thường bao gồm súng lục, súng trường, súng máy, súng phóng lựu và thiết bị cá nhân đặc biệt (súng phóng tên lửa cá nhân, tên lửa cá nhân, v.v.). Chức năng chính của chúng là phóng đạn đến khu vực mục tiêu để tiêu diệt hoặc phá hủy mục tiêu của kẻ thù. Điều kiện hoạt động của vũ khí cá nhân bao gồm nhiệt độ cao, nhiệt độ thấp, độ cao lớn, độ ẩm cao, bụi, mưa, bụi-mưa, sương muối và ngâm trong nước sông. Khả năng chống ăn mòn là rất quan trọng. Hiện nay, các quy trình chống ăn mòn chính cho vũ khí cá nhân bao gồm mạ xanh, anod hóa cứng, công nghệ thâm nhập ion, lớp phủ carbon giống kim cương và nitriding plasma. Đặc biệt đối với vũ khí và thiết bị sử dụng trong môi trường biển, yêu cầu về khả năng chống ăn mòn trong môi trường phun muối hơn 500 giờ đặt ra thách thức đáng kể đối với các phương pháp xử lý lớp phủ truyền thống.
Ứng dụng trong nòng súng
Nòng súng là bộ phận cốt lõi của vũ khí bắn đạn. Cấu trúc bên trong của nòng súng bao gồm buồng đốt, phần chuyển tiếp và rãnh xoắn, với buồng đốt và rãnh xoắn được nối với nhau bằng phần chuyển tiếp. Nòng súng truyền thống thường được làm bằng thép hợp kim cường độ cao. Trong quá trình bắn, bên trong nòng súng chịu tác động kết hợp của khí thuốc phóng và đạn, dẫn đến nứt và bong tróc lớp phủ trên thành trong của nòng súng. Sự hư hại của lòng nòng súng là kết quả của tác động lặp đi lặp lại của khí thuốc phóng và đạn có nhiệt độ cao, áp suất cao và tốc độ cao lên thành nòng súng. Phần chuyển tiếp và miệng nòng thường là những bộ phận bị hư hỏng đầu tiên.
Để cải thiện tuổi thọ của nòng súng, mạ crom lòng nòng là phương pháp phổ biến nhất, nhưng nhiệt độ chịu oxy hóa của lớp mạ crom không vượt quá 500°C. Với sự gia tăng liên tục áp suất buồng đốt trong quá trình bắn và sự gia tăng theo cấp số nhân của yêu cầu về tuổi thọ nòng súng, áp suất và nhiệt độ mà nòng súng phải chịu cũng tăng lên. Việc sử dụng độ cứng cao, độ bền cao và tính trơ hóa học ở nhiệt độ cao của vật liệu gốm có thể làm giảm hiệu quả sự ăn mòn nòng súng và kéo dài tuổi thọ của nó.
Ứng dụng trong đạn dược
Các thành phần chính của đạn dược là đầu đạn và ngòi nổ. Là thành phần trực tiếp nhất gây ra thiệt hại, đầu đạn chủ yếu bao gồm vỏ, các mảnh vỡ, chất nổ và ngòi nổ. Liên tục cải thiện khả năng sát thương của đầu đạn luôn là mục tiêu được theo đuổi trong phát triển vũ khí. Đặc biệt đối với lựu đạn gây sát thương diện rộng, các mảnh vỡ được tạo ra từ vụ nổ đầu đạn là yếu tố gây sát thương cuối cùng, và công nghệ tạo mảnh hiệu quả luôn là một thách thức nghiên cứu trong lĩnh vực này.