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比鐵硬,比鋼強的碳化矽導熱陶瓷片

作者:丝瓜视频幸福宝 2020/07/30 10:53:02 瀏覽量:32

  碳化矽導熱陶瓷片作為一種新型的熱結構材料,不但繼承了碳化矽陶瓷的優異高溫性能,而且具有類金屬的斷裂行為,既克服了陶瓷材料結構脆性差、可靠性低等致命弱點,同時與傳統的高溫合金相比具有不可比擬的優勢,如密度更低(2~3g/cm3)、比強度和比模量更高,耐高溫性和適應環境能力更強,已成為各國競相研究的熱點,不論是在軍事防彈領域,還是在高推重比航空發動機熱結構方麵,或是在汽車新用途的開發應用上都引起了廣泛的重視。

  一、碳化矽導熱陶瓷片在軍事領域

  如今為在現代化戰爭中取得勝利各國對於作戰武器的殺傷性能做了很高程度的提升,防禦方麵必須也要突破常規進行改革來進行防護,矛變強了盾必須要跟得上。經過實踐的檢驗普通的金屬裝甲既笨重且性能也滿足不了防護要求,所以必須依靠新型非金屬材料,作為無機材料中最能符合要求的碳化矽導熱陶瓷材料理應發揮其自身高強度,高耐磨,抗熱震並且防輻射等優勢在現代化護甲中大顯身手。通過微觀增加其韌性、強度,宏觀改變其組合方式製成製品等方式將其自身優勢發揮到極致,然後裝配到大到坦克、飛機的裝甲,小到士兵、警察的個體防彈衣的插板,並且這樣的護甲相對於如今的裝甲重量輕,更好地提高了作戰單位的機動性能。俗話說兵貴神速,裝備上這樣的護甲定會成為戰場上的一大亮點。通過碳化矽導熱陶瓷材料代替現在通用的鋼板護甲,可以減少很多能源損耗,而且生產碳化矽導熱陶瓷所造成的生產廢氣廢料量比生產鋼板的少的多,在節能減排方麵定會得到各國的親睞。

  目前,硬質防護板包括有防彈鋼板、碳化矽導熱陶瓷片(防彈陶瓷複合板)、超高分子量聚乙烯板三大類。在這幾種材料中,超高分子量聚乙烯板最輕,但價格最高;防彈鋼板價格最便宜但是但其重量最重,造成戰爭個體機動性降低;而碳化矽導熱陶瓷片則顯示出其良好的優越性,物美價廉。且對於速度更高的穿甲彈,單獨采用防彈鋼板和超高分子量聚乙烯板均達不到理想防護效果,更多的選用碳化矽導熱陶瓷片。

  碳化矽導熱陶瓷片的主要性能:

  1、碳化矽導熱陶瓷片的硬度和韌性

  碳化矽的硬度相當高,莫氏刻痕硬度為9.2,克氏顯微硬度為2200~2800kg/mm2(負荷100g)。所給範圍之所以如此大,這是因為碳化矽晶體的硬度與其晶軸方向有關。碳化矽的熱態硬度雖然隨著溫度的升高而下降, 碳化矽的抗壓強度為224MPa,碳化矽的抗彎強度為15.5MPa。碳化矽顆粒的韌性,通常是用—定數量某種粒度碳化矽顆粒在定型模子中,施加規定壓力之後未被壓碎的顆粒所占百分率來反映的,它受顆粒形狀等許多因素的影響。

  2、碳化矽導熱陶瓷片的熱學性質

  碳化矽是在高溫下合成的,其製品也多是在高溫下製備或者在高溫下使用。如果隻作較粗略計算時,碳化矽的平均熱膨脹係數在25~1400℃範圍內可以取4.4×10-6/℃。碳化矽的熱膨脹係數測定結果表明:其量值與其他磨料及高溫材料相比要小得多,如剛玉的熱膨脹係數可高達(7~8)×10-6/℃。碳化矽的導熱係數很高,這是碳化矽物理性能方麵的另一個重要特點。它的導熱係數比其他耐火材料及磨料要大的多,約為剛玉導熱係數的4倍。所以,碳化矽所具有的低熱膨脹係數和高導熱係數,使其製品在加熱及冷卻過程中受到的熱應力較小,這就是碳化矽導熱陶瓷片抗熱震性特別好的原因。

碳化矽陶瓷片

  二、碳化矽導熱陶瓷片在航空領域

  雖然我國在碳化矽導熱陶瓷片的研究方麵起步相對較晚,但近年來通過國家項目的支持,目前國內相關高校和研究單位在航空發動機用碳化矽導熱陶瓷片和構件製造技術方麵已取得可喜的技術突破,形成了較為完備的CVI和PIP工程化製造技術體係。碳化矽導熱陶瓷片既克服了陶瓷材料結構脆性差、可靠性低等致命弱點,同時與傳統的高溫合金相比具有不可比擬的優勢,如密度更低(2~3g/cm3)、比強度和比模量更高,耐高溫性和適應環境能力更強,已成為各國競相研究的熱點,尤其在高推重比航空發動機的高溫部件、高溫結構功能一體化部件,高馬赫數水平起降空天往返飛行器熱防護結構部件、功能部件、動力係統等領域的應用更是引起廣泛的重視。碳化矽導熱陶瓷材料不僅能使結構有效減重50%~70%,而且能夠提高發動機的工作溫度潛力400~500℃,可顯著提高發動機的推重比。

  三、碳化矽導熱陶瓷片推進了汽車上新用途的開發

  碳化矽導熱陶瓷片與以往使用的氧化鋁陶瓷片相比,強度是其三倍以上,能耐1000攝氏度以上高溫,碳化矽導熱陶瓷片推進了汽車上新用途的開發。例如:要將柴油機的燃耗費降低30%以上,可以說碳化矽導熱陶瓷片是不可缺少的材料。現在汽油機中,燃燒能量中的78%左右是在熱能和熱傳遞中損失掉的,柴油機熱效率為33%,與汽油機相比已十分優越,然而仍有60%以上的熱能量損失掉。因此,為減少這部分損失,用隔熱性能好的碳化矽導熱陶瓷片進行隔熱,進而用廢氣渦輪增壓器和動力渦輪來回收排氣能量,有試驗證明,這樣可把熱效率提高到48%。同時,由於碳化矽導熱陶瓷片的使用,柴油機瞬間快速起動將變得可能。采用碳化矽導熱陶瓷片的渦輪增壓器,它比當今超耐熱合金具有更優越的耐熱性,而比重卻隻有金屬渦輪的約三分之一。因此,碳化矽導熱陶瓷片渦輪可以補償金屬渦輪動態響應低的缺點。

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發布時間:2020/07/30 10:53:02 返回列表