新闻中心

News

新材料 ▏特种陶瓷材料与航天

日期: 2018-12-28
浏览次数: 860


特种陶瓷 ▏材料与航天


导语:

新材料是发展高新技术的物质基础,也是改造传统产业的必备条件,因此材料科学被列为对世纪六大高科技领域之一。特种陶瓷是新材料的一个组成部分,由于它具有其他材料所没有的各种优良性能,它在国民经济中的能源、电子、航空航天、机械、汽车、冶金、石油化工和生物等各方面都有广阔的应用前景,成为各工业技术特别是尖端技术中不可缺少的关键材料。在航天科技发展方面,耐高温陶瓷材料更是占有了举足轻重的位置。

新材料 ▏特种陶瓷材料与航天

1、前言


特种陶瓷不同的化学组成和组织结构决定了它不同的特殊性质和功能,如高强度、高硬度、高韧性、耐腐蚀、导电、绝缘、磁性、透光、半导体以及压电、光电、电光、声光、磁光等。现代科学技术,特别是宇航、航空、电子及军工等尖端科学技术高速发展对材料提出新的要求,尤其是宇航工业对材料的要求更为苛刻。首先是要求材料性能稳定,同时具有重量轻、耐高温、耐冲刷、抗辐射等综合的优良性能。高性能陶瓷涂层由此应运而生。陶瓷涂层是在传统的陶瓷材料基础上发展起来的新型复合材料,它即保持了传统陶瓷材料的耐高温、抗磨损、耐腐蚀等优点,同时保持了基体材料的结构强度,由于陶瓷涂层的厚度通常都在一毫米之内,大大地减少了零件的消极重量,其抗热冲击性能优于整体陶瓷。

新材料 ▏特种陶瓷材料与航天




2、航天器中的陶瓷材料


陶瓷基复合材料在航空发动机中有很重要的应用,为什么用陶瓷?

因为现有发动机的工作温度已经很高。再度提高温度只有通过精细的冷却气路设计或加大冷气量,但这些方法的效果遵循递减规律,而只有通过改进材料的工作温度收效最大,因为提高工作温度可提高工作效率、降低油耗并获得更大推力,把节省的、用于冷却的高压空气用于循环也可提高推力和效率。另一方案是减轻重量。可选用比强度、比刚度均大的材料,目前只有陶瓷材料具有这两方面的潜力。

新材料 ▏特种陶瓷材料与航天

陶瓷基复合材料比高温合金的密度小,热膨胀系数小,抗腐蚀性好,理论最高温度可达1650℃。由于陶瓷基部件不需要气体冷却省去或简化了冷却系统零件,可使发动机进一步减重。虽然陶瓷作为发动机热端结构材料的优点十分明显,但其本质上的脆性却极大地限制了它的推广应用。为了克服单组分陶瓷材料缺陷敏感性高、韧性低、可靠性差的缺点,材料科学工作者进行了大量的研究以寻找切实可行的增韧方法,增韧的思路经历了从“消除缺陷”或减小缺陷尺寸、减少缺陷数量,发展到制备能“容忍缺陷”,即对缺陷不敏感的材料。

近年,C/C复合材料作为宇宙飞行器结构材料得到了人们的承认,并已成功地用于制造航天飞机的鼻锥、机翼前缘及其他高温部件,在航天飞机防热非常强烈不宜用陶瓷的部位使用C/C作防热瓦,C/C还用于制造飞机上的制动器,使飞机的重量显著减轻。为了防止氧化,可采用涂层陶瓷对航天飞机上的C/C施加保护或用浸喷法使C/C防氧化寿命大大提高。陶瓷纤维补强金属或金属补强陶瓷复合材料用于空间渡船的前锥体和翼前沿,可耐2200℃高温。美国格鲁曼公司预定在跨大气层高音速飞机的机翼和尾翼采用C/C复合材料,发动机进口、喷管和喷口采用陶瓷复合材料;欧洲也计划在“赫尔姆斯”航天飞机轨道器的高温部位采用SiC/SiC复合材料。多次回收使用是提高航天器效益的有效手段,这需要可重复使用的再人防热系统能耐受l600-1800℃。




3、未来航空发动机及其材料


未来发动机的目标目前军用和民用发动机设计一直依赖金属材料,并对其继续研究以使其性能进一步提高。为了满足下一世纪发动机性能变化的要求,就要使设计、材料和生产技术进行重大的改变。发动机的机械构造要比现有的类型更加简单,部件更少,在更高的涡轮人口温度和组件负荷下运行,其可靠性和组件寿命也要提高。要达到这一目标就要靠材料性能和设计水平的提高,如高效率的空压机和涡轮等,而降低重量和燃料消耗是关键所在。英国一家航空公司指出,在远程波音飞机上每降低一磅重量就相当在每年的飞行中获利500英镑。涡轮材料必须在抗拉强度、蠕变阻力、低和高循环疲劳、耐高温腐蚀和耐冲击损伤等方面满足要求。采用热性能更好的陶瓷材料可以减少对冷却空气的需要量,并明显地提高气体温度。在能提供的众多整体陶瓷中,氮化硅和碳化硅对燃气涡轮发动机具有最大的潜力。这类材料在1000℃以上时比镍基耐热合金具有更高的强度、更好的蠕变强度和抗氧化性,而且很便宜,还有就是比重小,仅为耐热合金的40% 。

陶瓷的缺点是脆性,容易出现裂缝,可塑性较差。这种脆性是其晶体形态在应力下不允许位移或移动引起的。如果将陶瓷零件用于燃气涡轮的话,其可靠性至少要与其取代的零件一样才行。为解决这一问题,在最近几年中采用了两种方法,并取得了相当大的进展。(1)控制陶瓷的脆性和研究裂缝及其与强度的关系等断裂微观机理。与此有关的统计方法和无损检验技术已可能用于鉴定强度和零件寿命等的设计要求。(2)鉴别限制强度的缺陷的根源和研究将其消除的方法。这并非象声波探测那样容易,因为陶瓷在一般应力下的极限缺陷大小为金属材料的1/100。

新材料 ▏特种陶瓷材料与航天



4、结论 

陶瓷材料既是最古老的传统材料,又是最年青的近代研究成果。它和金属材料、高聚物材料一起,构成了工程材料三大支柱。随着陶瓷脆性的克服,陶瓷材料潜在性能优势的开发,必将为航天航空工业的发展作出重要贡献。



新材料 ▏特种陶瓷材料与航天

新材料 ▏特种陶瓷材料与航天

声      明:文章内容转载特种陶瓷采购链,仅作分享,不代表本号立场,如有侵权,请联系编除,谢谢!


News / 推荐新闻 More
2019 - 10 - 26
陶瓷3D打印可以制备结构复杂、高精度的多功能陶瓷,在建筑、工业、医学、航天航空等领域将会得到广泛的应用,在陶瓷形芯、骨科替代物、催化器等方向具有很好的应用前景,将给我们的生活带来巨大改变。本次2020上海国际陶瓷3D打印高峰论坛正是在我国陶瓷3D打印面临新的发展机遇同时也面临诸多挑战的新形势下,针对陶瓷3D打印关注的前沿问题,针对陶瓷3D打印材料制备过程中的关键工艺与技术瓶颈问题,针对陶瓷3D打印新产品、新应用、新市场的产业升级与发展动态而举办的一次高水平陶瓷3D打印材料与产业发展盛会,届时陶瓷3D打印联盟理事会也将同期举行!行业大咖汇聚于此陶瓷3D打印领域的重量级专家学者及龙头企业代表纷纷响应,出席此次陶瓷3D打印的国际盛会,深入探讨陶瓷3D打印与各行业、各项新技术多元融合发展的国际之路。吕坚 院士报告题目:3D/4D printing ceramics: concept, proces...
2019 - 08 - 26
峰会背景formnext+PM South China主办方特邀国内外重量级专家,行业制造龙头及业内代表分享前沿的增材制造、粉末冶金与先进陶瓷的技术解决方案以及应用案例,以满足汽车制造、家电、通信行业在生产过程中的技术需求,推动前沿材料及增材技术在中国市场的发展和普及。同时亦为2020年9月9-11日于新建成的全球最大规模的深圳国际会展中心举办的首届“深圳国际增材制造、粉末冶金及先进陶瓷展览会”作前期预热。会议信息时间:2019年9月26日(星期四)地点:深圳市明华国际会议中心3楼报告厅其他议题汽车零部件增材制造工业化与工业4.0结合的实现——西门子连接工业4.0:传统制造如何拥抱3D打印——Materialise开源增材制造在汽车行业的应用——华曙5G时代,MIM的产品机会何在?——耀德3D打印和MIM用金属粉末低成本制造技术——新材料技术研究院MIM钛合金研究与应用——英捷高科3D打印...
2019 - 08 - 19
深圳国际注射成形及增材制造技术与应用峰会时间:2019年9月26日地点:深圳明华国际会议中心3楼报告厅一、为什么参加峰会➤ 了解注射成形与增材制造领域前沿观点和最新趋势,与行业领袖深入交流与学习。➤ 聚焦应用行业汽车与3C,提出更有针对性的行业解决方案 ➤峰会将举办圆桌讨论环节,全场观众共同参与讨论,激发灵感。二、本届峰会将围绕以下重要议题开展多场论坛与活动:演讲题目:3D打印和MIM用金属粉末低成本制造技术曲选辉 北京科技大学新材料技术研究院  教授、院长邱耀弘 台湾科技大学机械工程系  博士昆山耀德企业咨询有限公司创始人及首席讲师演讲题目:5G时代到来带给MIM技术的新机会Kim Francois  Materialise China 中国业务部拓展总监演讲题目:连接工业4.0:传统制造如何拥抱3D打印张博程  西门子(中国)有限公司 ...
2019 - 08 - 15
峰会背景formnext+PM South China主办方特邀国内外重量级专家,行业制造龙头及业内代表分享前沿的增材制造、粉末冶金与先进陶瓷的技术解决方案以及应用案例,以满足汽车制造、家电、通信行业在生产过程中的技术需求,推动前沿材料及增材技术在中国市场的发展和普及。同时亦为2020年9月9-11日于新建成的全球最大规模的深圳国际会展中心举办的首届“深圳国际增材制造、粉末冶金及先进陶瓷展览会”作前期预热。会议信息时间:2019年9月26日(星期四)地点:深圳市明华国际会议中心3楼报告厅圆桌讨论11:30-12:00MIM与AM的结合—技术与市场的共性 主持人:苏绍华  江苏精研科技股份有限公司 副总工/研发总监17:00 -17:30MIM与AM在汽车与3C行业的新趋势及应用主持人:邓忠勇  上海富驰高科技股份有限公司 中央研究院院长联系我们扫一扫二维码峰会...
分享到:
新之联伊丽斯(上海)展览服务有限公司
上海公司 电话:4000 778 909
电邮:iacechina@unifair.com
广州公司 电话:020-8327 6369
电邮:iacechina@unifair.com
版权所有 2017-2020 新之联伊丽斯(上海)展览服务有限公司
犀牛云提供企业云服务
关注展会官微,在线看展