Matériaux céramiques dans les applications militaires
D'une manière générale,matériaux céramiquesdésigne tous les matériaux autres que les matériaux organiques et métalliques, à savoir les matériaux inorganiques non métalliques. Il existe différents types de produits céramiques, avec leurs compositions chimiques, leurs compositions minérales, leurs propriétés physiques et leurs méthodes de fabrication souvent étroitement liées sans limites claires, mais avec des différences significatives dans les applications. Il est donc difficile de les classer de manière rigide en plusieurs systèmes, et les méthodes de classification détaillées varient. À l’heure actuelle, il n’existe pas de méthode de classification unifiée au niveau international. Selon les techniques de préparation et les domaines d'application de la céramique, elles peuvent être divisées en matériaux céramiques traditionnels et matériaux céramiques avancés.
Céramique traditionnelle:Traditionnellement, la céramique fait référence à divers produits fabriqués à partir d'argile et de minéraux naturels grâce à des processus tels que le concassage, le mélange, le moulage et la cuisson. Ils sont communément appelés"céramique commune"ou des céramiques traditionnelles, comme les céramiques quotidiennes et les céramiques sanitaires architecturales.
Céramiques avancées: Selon leur composition chimique, ils peuvent être divisés encéramique d'oxyde, céramiques nitrurées,céramiques de carbure,céramiques borurées, céramiques siliciurées, céramiques fluorées, céramiques sulfurées, etc. Selon leurs propriétés et leurs utilisations, elles peuvent être classées en céramiques fonctionnelles et céramiques structurelles. Les céramiques fonctionnelles reposent principalement sur les fonctions spéciales des matériaux, notamment les propriétés électriques, magnétiques, biologiques, thermiques et optiques, telles que les céramiques isolantes et diélectriques, les céramiques ferroélectriques, les céramiques piézoélectriques, les semi-conducteurs et les céramiques sensibles ; les céramiques structurelles sont principalement basées sur les utilisations mécaniques et structurelles de matériaux, caractérisées par une résistance élevée, une dureté élevée, une résistance aux températures élevées, une résistance à la corrosion et une résistance à l'oxydation.
Les céramiques fonctionnelles représentent environ 70 % de la part de marché des céramiques avancées, le reste étant constitué de céramiques structurelles. Les applications militaires des matériaux céramiques se concentrent principalement sur les matériaux structurels et les appareils électroniques :
1、Utilisé dans les moteurs d’avion
Les composites à matrice céramique sont utilisés dans les composants de la section chaude des moteurs d'avion en raison de leur résistance aux températures élevées. Des études ont montré que les composites à matrice céramique peuvent augmenter la température des gaz d'entrée de la turbine de plus de 300 K. De plus, les composites à matrice céramique ont une faible densité, ce qui contribue à la réduction du poids du moteur. Avec la recherche continue de l'efficacité énergétique dans l'industrie de l'aviation civile, GE Aviation s'attend à ce que l'application des composites à matrice céramique dans l'aviation soit décuplée au cours de la prochaine décennie.
2. Utilisé dans les disques de frein des avions
Par rapport aux disques de frein en carbure de silicium, les disques de frein en carbone-céramique présentent une augmentation de 1 à 2 fois du coefficient de friction statique, une réduction de plus de 60 % de la dégradation des performances de friction sur sol mouillé, une diminution de plus de 50 % du taux d'usure et une augmentation de deux à deux fois. en durée de vie. Le cycle de production est réduit des deux tiers, les coûts de production sont réduits d'un tiers, la consommation d'énergie est réduite des deux tiers et la rentabilité est améliorée de deux à trois fois. Il s'agit actuellement du seul matériau découvert au niveau international qui conserve ses propriétés physiques sans se détériorer dans des environnements à haute température allant jusqu'à 1 500 ℃. Une fois adopté à grande échelle, il pourrait permettre d'économiser environ 300 millions de RMB en coûts annuels pour les avions de l'aviation civile chinoise.
3. Utilisé dans les composants structurels thermiques des moteurs-fusées
Les composites à matrice céramique peuvent être utilisés dans les moteurs de fusée en raison de leur haute résistance aux chocs thermiques, de leur haute stabilité chimique avec les propulseurs liquides, de leur résistance aux températures élevées par rapport aux matériaux métalliques et de leur résistance élevée au fluage, ce qui en fait des matériaux idéaux pour les composants structurels thermiques des fusées liquides. moteurs.
4. Utilisé dans la protection thermique des engins spatiaux et des missiles
Lors de leur rentrée dans l’atmosphère, les engins spatiaux subissent un échauffement aérodynamique intense, avec des températures sur le cône avant et sur les bords d’attaque des ailes atteignant jusqu’à 1 650°C. Les systèmes de protection thermique sont cruciaux pour les engins spatiaux. Le développement de matériaux composites C/SiC permet l'intégration de fonctions structurelles et de dissipation thermique, en particulier après la catastrophe de Columbia, attirant davantage d'attention pour les composites à matrice céramique C/SiC. Les composants des matériaux de structure thermique comprennent les cônes de nez, les canards, les ailes et les couvercles des engins spatiaux et des missiles.
5. Utilisé dans les réflecteurs de satellite
Les exigences relatives aux matériaux des réflecteurs de satellite comprennent une faible densité, une rigidité spécifique élevée, un faible coefficient de dilatation thermique (CTE) à basse température, une conductivité thermique élevée, une résistance et une dureté adéquates et une flexibilité de conception. Les réflecteurs en verre et en métal ont des limites dans le traitement des grands réflecteurs légers. Par conséquent, les réflecteurs en matériau composite C/SiC font l’objet de recherches au niveau international. Ces matériaux composites ont une faible densité, une rigidité élevée, un faible CTE à basse température, une bonne conductivité thermique, des propriétés thermiques et mécaniques idéales et peuvent être parfaitement polis, ce qui en fait des matériaux idéaux pour les bases de réflecteurs de satellite.
6. Utilisé dans la protection physique contre les balles
Le carbure de silicium peut être utilisé dans les couches de protection telles que les gilets pare-balles, les avions de combat et les véhicules blindés. Les gilets pare-balles se composent principalement d'une couverture et d'une couche protectrice, qui peuvent absorber l'énergie cinétique des balles ou des fragments, offrant ainsi une protection significative contre les balles ou les fragments à basse vitesse et réduisant les dommages à la poitrine et à l'abdomen dans certaines limites d'indentation. Les composites à matrice céramique en carbure de silicium peuvent être utilisés pour fabriquer des plaques de blindage robustes et résistantes aux impacts.
7、Utilisé dans le blindage des avions
Certains hélicoptères militaires sont équipés de systèmes de blindage en céramique, notamment de sièges, de composants et de systèmes de panneaux blindés en céramique. De plus, les composites à matrice céramique sont utilisés dans les véhicules blindés de l'armée, tels que le véhicule blindé moyen Stryker.
8、Utilisé dans les appareils électroniques informatifs
Il existe une forte demande de condensateurs céramiques militaires. En plus d'être largement utilisées dans les domaines civils, avec l'accélération de l'informatisation des armes et des équipements, les céramiques électroniques telles que les condensateurs céramiques dans le domaine militaire sont de plus en plus demandées, en particulier les condensateurs céramiques multicouches à puce.
Les matériaux céramiques jouent un rôle important dans l'industrie militaire moderne en raison de leurs propriétés uniques telles que la résistance aux températures élevées, la haute résistance, la légèreté, les propriétés d'isolation électrique et thermique, etc. Avec l'avancement de la technologie et le développement de nouvelles technologies de matériaux, l'application La portée des matériaux céramiques devrait encore s'élargir, apportant des solutions essentielles à de nombreux défis auxquels le monde est confronté aujourd'hui.
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