特种陶瓷材料与航天

发布时间:2021-12-28 10:00:13

人们每天看到的陶器,不只是家中所见到的餐具,碗那么简单,它也是建筑材料的三大支柱之一。陶艺欣赏论文论文题目:特种陶瓷材料和空间技术摘要: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要条件,因此,材料科学被列为对世纪六大高科技领域之一。特殊陶瓷是新型材料的一部分,因其具有其它材料无法比拟的各种优异性能,在国民经济、电子、电子、国民经济中具有广阔的应用前景,包括航空、机械、汽车、冶金、石化、生物等领域,是各种工业技术,尤其是**技术中不可或缺的关键材料。耐热陶瓷材料在航天技术发展中占据着更为重要的地位。要害词:特殊陶瓷,航空发动机,前言特种陶瓷不同的化学组成和组织结构,决定了其具有高强度、高硬度等特殊性质与功能,高韧、耐蚀、导电、绝缘、磁性、透光、半导体、压电、光电、声光、磁光等。近代科技,尤其是航天、航空、电子、军工等**科技的飞速发展,对材料提出了新的要求,航天工业对材料的要求**。**个要求材料性能稳定,同时具有质轻、耐高温、耐冲刷、抗辐射等综合性能。于是,出现了高性能陶瓷涂层。瓷层是一种在传统陶瓷材料基础上形成的新型复合材料,能保持传统陶瓷材料的耐温、耐磨性,由于陶瓷涂层的厚度一般在一毫米以内,同时又能保持其材料的结构强度等优点,部件的负重大大降低,热冲击性能优于整体陶瓷件。2陶瓷基复合材料在宇宙飞船上的应用非常广泛,为什么要使用陶瓷材料呢?现在的引擎工作温度已经很高了。再次升高温度,只能采用精制冷却气路或增加冷气量,但这些方法的效果都遵循递减规律,而且只有改善材料的工作温度效果才能达到**效果,因为提高工作温度可以提高工作效率,减少油耗和获得**推力,将其用于冷却的高压空气循环使用,还可以提高推力和效率。另外一个方法就是减重。可以选择比强度、比刚度都大的材料,目前只有陶瓷材料具备了这两方面的潜力。与高温合金相比,陶瓷基复合材料密度小,热膨胀系数小,耐腐蚀性能好,理论**温度为1650℃。因为陶瓷基件不需要气体冷却,或者简化了冷却系统部件,从而可以进一步降低发动机的重量。尽管陶瓷作为发动机的热端结构材料具有明显的优势,但其本质的脆性大大限制了其推广应用。针对单组分陶瓷材料对缺陷敏感、韧性低、可靠性差等缺点,材料科学家为寻找实用的增韧方法做了大量的研究,通过增加韧性思想,从“消除缺陷”或降低缺陷尺寸,减少缺陷数量,直到制造出“容错”,也就是对缺陷不敏感。近几年来,C/C复合材料作为宇宙飞船结构材料已经被公认,已经成功地应用于制造航天飞机的鼻锥,翼面和其它高温部件,在航天飞机热防护很强时,不能用陶瓷的部分采用C/C作为防热瓦,此外,C/C还被用来制造飞机刹车,以显著降低飞机重量。在航天飞机表面涂覆C/C保护层,或采用浸喷工艺,可显著提高C/C抗氧化寿命。在耐2200℃高温的太空渡船机翼前缘采用了金属或金属补强复合陶瓷纤维增强材料。在跨大气层的高音速飞行器中,美国格鲁曼公司计划用C/C复合材料制造,发动机进口、喷管和喷嘴采用陶瓷复合材料;欧洲还计划在Herms航天飞机轨道器的高温部分采用SiC/SiC复合材料。多重循环利用是提高航天器效益的一种有效方法,它要求再人防热系统能够承受l600-1800℃。3未来航空发动机及其材料未来发动机的目标目前都是依靠金属材料进行军用和民用发动机设计,并继续进行研究,使其性能得到进一步改进。为适应新世纪发动机性能变化的需要,需要对设计、材料和生产技术等方面做出重大改变。引擎结构比已有型号更简单,零部件更少,在较高的汽轮机温度及部件负载下工作,提高了发动机的可靠性和部件寿命。要实现这一目标,关键在于提高材料的性能和设计水平,比如高效空气压缩机和涡轮,而降低重量和燃油消耗是关键。一家英国航空公司指出,在远程波音飞机上,每减掉一磅重量相当于一年的飞行成本500英镑。涡轮机材料必须满足抗拉强度、蠕变阻力、低和高循环疲劳、耐高温腐蚀及冲击损伤的要求。使用热能**的陶瓷材料,可以减少冷却空气的需要,并且显著提高气体的温度。对于内燃机发动机来说,氮化硅和碳化硅是**潜力的整体陶瓷。超过1000℃时,其强度、抗氧化性能均优于镍基耐热合金,且价格低廉,比重较小,仅有耐高温40%。其缺点是易脆、易开裂、可塑性差。这一脆性是由于其结晶形态不允许在应力作用下发生位移和运动。若在气体涡轮中使用陶瓷部件,其可靠性至少要与被替代的部件相同。为了解决这个问题,近年来已经采取了两种办法,并取得了很大进展。(1)控制陶瓷的脆性,研究裂缝及其与强度的关系等微观断裂机制。相关的统计方法和无损检测技术已经可以用来确定诸如强度、部件寿命等设计要求。(2)确定限制强度缺陷的根源,并研究消除这些缺陷的方法。这种方法并不像声波法那样简单,因为陶瓷在通常应力下的极限缺陷是金属材料的1/100。4:陶瓷材料是现代最古老的传统材料,也是现代最早的研究成果。与金属材料、高聚物材料共同构成了工程材料的三大支柱。在克服陶瓷脆性、开发陶瓷材料潜在性能优势的同时,必将对航天航空工业的发展做出重大贡献。

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