说到先进陶瓷目前的市场形势,除了各材料行业都在极力靠拢的新能源领域外,军工领域也是先进陶瓷的一个非常火爆的市场。提高国防能力在任何时代下都是一个国家的首要重点任务之一,而提高国防能力首先就要从装备的升级开始。因此,作为军工装备的关键材料之一,先进陶瓷材料的发展也得到了强有力的驱动。
Part.1/ 先进陶瓷已逐步成为新材料的重要组成部分
陶瓷是以粘土为主要原料,并与其他天然矿物经过粉碎混炼、成型和煅烧制得的材料以及各种制品,是陶器和瓷器的总称。陶瓷的传统概念是指所有以粘土等无机非金属矿物为原料的人工工业产品。它包括由粘土或含有粘土的混合物经混炼、成形、煅烧而制成的各种制品。陶瓷的主要原料是取之于自然界的硅酸盐矿物,因 此它与玻璃、水泥、搪瓷、耐火材料等工业同属于“硅酸盐工业”的范畴。
广义上的陶瓷材料指的是除有机和金属材料以外的其他所有材料,即无机非金属材料。陶瓷制品的品种繁多,它们之间的化学成分、矿物组成、物理性质,以及制 造方法,常常互相接近交错,无明显的界限,而在应用上却有很大的区别。因此,很难硬性地把它们归纳为几个系统,详细的分类法也说法不一,到现在国际上还没有一个统一的分类方法。按陶瓷的制备技术和应用领域分类,可分为传统陶瓷材料和先进陶瓷材料。
传统陶瓷:传统意义上的陶瓷是指以粘土及其天然矿物为原料,经过粉碎混合、成型、焙烧等工艺过程所制得的各种制品,通常会被称为"普通陶瓷 "或传统陶瓷,例如日用陶瓷、建筑卫生陶瓷。
先进陶瓷:按化学成分可分为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、硅化物陶瓷、氟化物陶瓷、硫化物陶瓷等。按性能和用途可分为功能陶瓷和结构陶瓷两大类。功能陶瓷主要基于材料的特殊功能,具有电气性能、磁性、生物特性、热敏性和光学特性等特点,主要包括绝缘和介质陶瓷、铁电陶瓷、压电陶瓷、半导体及其敏感陶瓷等;结构陶瓷主要基于材料的力学和结构用途,具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀、抗氧化等特点。
Part.2/ 活跃在军工装备中的先进陶瓷材料
功能陶瓷在先进陶瓷中约占70%的市场份额,其余为结构陶瓷。陶瓷材料的军工应用则主要集中在结构材料及电子器件方面:
1. 用于航空发动机及飞机刹车盘
对于航空发动机来说,提高涡轮前燃气温度是提高发动机推力的主要技术途径,但是目前的涡轮前燃气温度已经逐步接近高温合金自身的熔点,温度上升空间很小,因此需要有替代材料。陶瓷基复合材料具有耐高温特性,可用于热端构件。研究表明陶瓷基复合材料可将涡轮前燃气温度在现有的基础上提高300K以上。同时陶瓷基复合材料密度小,有利于发动机减重。随着民用航空业对提高燃油效率的不断追求,通用航空GE预计在今后十年陶瓷基复合材料在航空中的应用将增长十倍。
2. 用在飞机刹车盘材料
碳陶刹车盘与上一代刹车盘相比,静摩擦系数提高1-2倍,湿态摩擦性能衰减降低60%以上,磨损率降低50%以上,使用寿命提高1-2倍。生产周期降低2/3,生产成本降低1/3,能耗降低2/3,性价比提高2-3倍。是目前国际上发现唯一能在1500℃高温环境下,各项物理性能不发生衰减的材料。推广应用后,每年可为中国民航客机节约成本3亿元左右。