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纳米材料在陶瓷领域的应用

日期: 2018-08-10
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1.防护材料



普通陶瓷在用作防护材料时,由于其韧性差,受到弹丸撞击后容易在撞击区出现显微破坏、垮晶、界面破坏、裂纹扩展等一系列破坏过程,从而降低了陶瓷材料的抗弹性能。而纳米陶瓷由于其耐冲击的性能可有效提高主战坦克复合装甲的抗弹能力,增强速射武器陶瓷衬管的抗烧蚀性和抗冲击性。由防弹陶瓷外层和碳纳米管复合材料作衬底,可制成坚硬如钢的防弹背心。在高射武器方面采用纳米陶瓷,可提高其抗烧结冲击能力并延长使用寿命。目前国外复合装甲已经采用高性能的防弹材料,在未来的战争中若能把纳米陶瓷用于车辆装甲防护,则会使装甲层具有更好的抗弹、抗爆震、抗击穿能力。


2.高温材料

纳米陶瓷具有高耐热性、高温抗氧化性、低密度、高断裂韧性、抗腐蚀性和耐磨性,这些特性可提高航空发动机的涡轮前温度,从而提高发动机的推重比和降低燃料消耗,因此纳米材料有望成为舰艇、军用涡轮发动机高温部件的理想材料,以提高发动机的效率、可靠性与工作寿命。

3.吸收材料


SINCO陶瓷粉是用有机硅聚合物(PSN)为前驱体,经高温裂解得到黑色疏松体,再经球磨得到的黑色粉末。由于SINCO粉由SiC、Si3N4等具有吸波性的物质组成,而且具有良好的陶瓷特性,故受到研究人员的广泛重视。周东等对SINCO粉末的吸波性能做了初步测试,实验结果表明SINCO 粉在38.0-39.5GHz高频带表现出较好吸波性,衰减大于10dB.国外高温吸波材料的研制主要集中在陶瓷基复合材料,除较早报道的SiC、Si3N4等的复合体,日本研制的SiC/Si3N4/C/BN耐高温陶瓷吸波材料外,能作为高温吸波材料的还有SiCwf/GeO2、ZrO2·Al2O3·2SiO2/mullite等。

纳米SiC不仅吸波性好,且耐高温、相对密度小、韧性好、强度高、电阻率大、能削弱红外信号,它与碳粉、纳米金属粉等结合吸波性能更佳。研究者们在SiC中添加N、O等元素增强其半导体性能,其吸波性能也很好。Nihara研究表明含有微米-纳米级SiC颗粒的复合陶瓷材料的性能明显优于常规单相SiC材料,陶瓷的常温和高温性能都得到改善,稳定性得以提高,其也是最有发展前途的陶瓷系统之一。碳化硅吸收剂虽然是隐身材料中最有希望的耐高温吸波材料,但常规制备的碳化硅的吸收效率不是很高,并不能作为雷达波吸收剂,必须对其做进一步的处理,处理的目的是控制碳化硅的电导率,使其具有吸波性能。可采取两种办法提高SiC的纯度,并对其进行有控制的掺杂。日本利用纯度极高的原料,制得几乎不含任何杂质的SiC粉体,该SiC粉具有很宽的吸收频带和很高的吸波性能,但缺点是难以获得纯度极高的原料,成本高。西北工业大学的焦桓等采用CVD法制备了SiC(N)纳米粉体,利用阻抗匹配原理进行优化设计,分别设计出双层吸波材料,用不同氮含量的SiC(N)纳米粉体设计吸波材料反射率曲线。在8-18GHz频率范围内,反射率均大于-2dB,甚至出现峰值反射率为-22.6dB。氮原子摩尔分数为8.34%的粉体设计的涂层在8-18GHz的频率范围内反射率均大于-5dB,即氮含量较低的粉体所设计的吸波材料对电磁波具有比较好的吸波效果。


文章转自:光电与显示




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