深析軍工裝備“新寵”——先進(jìn)陶瓷材料10大核心技術(shù)、研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題等
先進(jìn)陶瓷材料按其性能及用途可分為兩大類(lèi)：結構陶瓷和功能陶瓷。功能陶瓷在先進(jìn)陶瓷中約占70%的市場(chǎng)份額，其余為結構陶瓷。陶瓷材料的軍工應用則主要集中在結構材料及電子器件方面：
用于航空發(fā)動(dòng)機及飛機剎車(chē)盤(pán)：對于航空發(fā)動(dòng)機來(lái)說(shuō)，提高渦輪前燃氣溫度是提高發(fā)動(dòng)機推力的主要技術(shù)途徑，但是目前的渦輪前燃氣溫度已經(jīng)逐步接近高溫合金自身的熔點(diǎn)，溫度上升空間很小，因此需要有替代材料。陶瓷基復合材料具有耐高溫特性，可用于熱端構件。研究表明陶瓷基復合材料可將渦輪前燃氣溫度在現有的基礎上提高300K以上。同時(shí)陶瓷基復合材料密度小，有利于發(fā)動(dòng)機減重。隨著(zhù)民用航空業(yè)對提高燃油效率的不斷追求，通用航空GE預計在今后十年陶瓷基復合材料在航空中的應用將增長(cháng)十倍。
用在飛機剎車(chē)盤(pán)材料：碳陶剎車(chē)盤(pán)與上一代剎車(chē)盤(pán)相比，靜摩擦系數提高1-2倍，濕態(tài)摩擦性能衰減降低60%以上，磨損率降低50%以上，使用壽命提高1-2倍。生產(chǎn)周期降低2/3，生產(chǎn)成本降低1/3，能耗降低2/3，性?xún)r(jià)比提高2-3倍。是目前國際上發(fā)現唯一能在1500℃高溫環(huán)境下，各項物理性能不發(fā)生衰減的材料。推廣應用后，每年可為中國民航客機節約成本3億元左右。
用于火箭發(fā)動(dòng)機熱結構件：陶瓷基復合材料可用于火箭發(fā)動(dòng)機中。由于陶瓷基復合材料耐熱沖擊性高，對液體推進(jìn)劑化學(xué)穩定性高，比金屬材料耐高溫，具有較高的抗蠕變性，是一種理想的液體火箭發(fā)動(dòng)機熱結構件材料。
用于航天飛行器和導彈的熱防護材料：航天飛行器在進(jìn)入大氣的過(guò)程中，由于強烈的氣動(dòng)加熱，飛行器的頭錐和機翼前緣的溫度高達1650℃，熱防護系統是航天飛行器的關(guān)鍵技術(shù)之一。第一代熱防護系統的設計是采用放熱-結構分開(kāi)的思想，即冷卻結構外部加放熱系統。C/SiC復合材料的發(fā)展，使飛行器的承載結構和放熱一體化。尤其是哥倫比亞號熱防護系統失效造成的機毀人亡事件后，使C/SiC陶瓷基復合材料更受關(guān)注。在熱結構材料的構件中包括航天飛機和導彈的鼻錐、導翼、機翼和蓋板等。
用于衛星反射鏡：衛星反射鏡材料的性能要求是密度低、比剛度大、熱膨脹系數CTE低、高導熱性以及適當的強度和硬度、可設計性等。玻璃反射鏡和金屬反射鏡加工成大型輕型反射鏡都有一定的局限性。因此，國內外都正在研究C/SiC復合材料反射鏡，該復合材料密度較低，剛度高，在低溫下熱膨脹系數小及導熱性能良好，熱性能和力學(xué)性能都比較理想，而且可以得到極好的表面拋光，是一種十分理想的衛星反射鏡基座材料。美國、俄羅斯、德國、加拿大等利用碳纖維增強碳化硅復合材料(Cf/SiC)制備出高性能反射鏡。
陶瓷材料及陶瓷基復合材料會(huì )被用在裝甲中：如防彈衣、戰機和裝甲車(chē)的防護層等。防彈衣主要由衣套和防彈層兩部分組成，防彈層可吸收彈頭或彈片的動(dòng)能，對低速彈頭或彈片有明顯的防護效果，在控制一定的凹陷情況下可減輕對人體胸、腹部的傷害。熱壓碳化硼和碳化硅陶瓷基復合材料可以用于制造堅固的抗擊打的盔甲板。我國是世界上三大的防彈衣生產(chǎn)國，在國際市場(chǎng)上，我國防彈衣價(jià)格大約500美元左右，而其他國家的防彈衣價(jià)格在800美元左右，在制造成本方面我國存在優(yōu)勢。
用在飛機裝甲方面：一些軍用直升機均裝配有包括陶瓷裝甲座椅、陶瓷組件和陶瓷面板系統等部件在內的陶瓷裝甲系統。此外，陶瓷基復合材料還應用在陸軍的裝甲戰車(chē)上，如斯特瑞克中型裝甲車(chē)。
用于信息化電子器件：軍用陶瓷電容器需求旺盛。電子陶瓷除了在民用領(lǐng)域被廣泛應用，隨著(zhù)武器裝備信息化的加速，如陶瓷電容器這類(lèi)電子陶瓷在軍工領(lǐng)域的需求不斷增大，尤其是片式多層瓷介電容器（MLCC，市占率超過(guò)90%），而軍用市場(chǎng)對電容器質(zhì)量要求較高，中國軍用陶瓷電容器市場(chǎng)規模常年保持10%以上的增長(cháng)。