مهندسی مواد - سرامیک های نظامی و فضایی

کاربردهای نظامی سرامیک

سرامیکهای با عملکرد بالا جزئی از سلاحها و سیستمهای دفاعی مدرن می باشند. سرامیکهای الکترونیکی و اپتیکی در سیستمهای هدایت موشکی، هواپیما و خودروهای زمینی نظامی، مورد کاربرد واقع میشوند. در بیشتر سیستمهای ارتباط راداری نظامی، از سرامیکها استفاده میشود. برای مثال، رادار در سیستم موشکی پاتریوت از قطعات سرامیکی به عنوان سنسورها، استفاده می نماید. سرامیکها بصورت افزایشی در حال کاربرد در هواپیماهای نظامی هستند. هواپیما حمل و نقل NATO C-130 از زره سرامیکی در اطاقک خلبان استفاده می کند که از جنس کولار / شیشه است. سرامیکها همچنین در تجهیزات مانورهای نظامی مورد استفاده قرار گرفته اند، برای مثال در هلی کوپتر آپاچی. سرامیکهای سبک وزن به عنوان زره ها،‌ در بسیاری از هلی کوپترهای تهاجمی نظامی مدرن، به کار میروند.کاربردهای کامپوزیت C-C شامل قطعات برای موشکها و هواپیماهای نظامی است. کاربردهای با اهمیت آن عبارتند از بدنه های واردشونده (به اتمسفر)، نازلهای راکت، و مخروطهای خروجی برای موشکهای استراتژیک؛ دیسکهای ترمز برای هواپیماهای نظامی و تجاری. مزایای کامپوزیتهای C-C عبارتند از: استحکام ویژه بالا، استحکام دما بالا، تافنس (چقرمگی) بالا، شوک حرارتی برتر، انتقال حرارت و خواص اصطحکاکی سرعت بالا.

مواد سرامیکی در کاربرد :کاربردهای زره» از جنگ جهانی اول، مورد استفاده بوده اند. احتمالا اولین حضور سرامیکها در زره توسط آلمانیها بوده که پوشش لعاب سخت را بر روی تانکها اعمال نموده اند تا آنها را در مقابل سلاحهای کوچک و ترکشهای خمپاره در جنگ جهانی اول، محافظت نماید. در فاصله جنگ جهانی دوم، پتنتهایی ( ثبت اختراع) برای زره سرامیکی در هواپیما اعطاء گردید،‌و موادی نظیر دورون( ماده ای که بحد زیادی از الیاف شیشه اسپین ( تنیده) شده چقرم که بصورت پارچه بافته شده و با یک پلاستیک سخت آغشته گردیده)، مورد آزمایش قرار گرفتند. در طی جنگ کره، زره با هسته سیلیسی ( زره فولادی ریخته شده در اطراف یک هسته سیلیکاتی) برای حفاظت تانکها در مقابل گلوله های توپ، توسعه یافت. در طی جنگ ویتنام، Al2O3 یا B4C یا کامپوزیتهایی نظیر دورون و پلاستیک تقویت شده با شیشه، همراه شد که جهت حفاظت در مقابل سلاحهای سبک ( شامل مهمات سوراخ کننده زره) در هلی کوپترهای رزمی، و هواپیمای شخصی،‌استفاده گردیدند. در طی دهه 1980 کاشی های سرامیکی جهت حفاظت وسایط نقلیه زمینی در مقابل تهدیدات سینیتیکی و انرژی شیمیایی مختلف، نظیر فشنگها ، نفوذکننده های با انرژی سینیتکی توسعه یافتند. زره سرامیکی همچنین توسط واحدهای ویژه ضد تروریستی،‌عملیات ضد انقلابی، که تیراندازان از تفنگهای با قدرت بالا استفاده می نمایند، ممکن است بکار رود.

زره سرامیکی تولیدی یا آزمایشی مدرن معمولا دارای کامپوزیتهای زمینه سرامیکی نظیر Al2O3- SiC شیشه بروسیلیکات تقویت شده با ذرات SiC یا B4C، LANXIDE و سرامیکهای بهبود یافته منولیتیک شامل Al2O3، B4C، SiC، TiB2،AlN هستند. مواد سرامیکی عمدتا در کاربردهای زره به خاطر عملکرد بالستیک برتر، و وزن پائین، استفاده می گردند. معمولا سرامیکهای زره د رتلفیق با کامپوزیتهای فلزی یا پلیمری به عنوان صفحات پشتیبان، استفاده مکی گردند. برای مثال، یک کمپانی صفحات سرامیکی را تولید می کند که به عنوان لایه خارجی زره کامپوزیتی سبک وزن برای حفاظت پرسنل پلیس و نظامی، استفاده می شود. صفحات سرامیکی سخت می توانند فشنگ سوراخ کننده زره را بشکند، و پشتیبانهای بافته شده ذرات خرد شده را می کیرند. تقریبا نصف وزن مجموعه فولاد است، و آن به خوبی عمل می نماید. بازار مربوط به زره سرامیکی پیشرفته، دارای محرکه تخصصی و عملکرد بالا است، زیرا هزینه آن گران است.

کابرد سرامیک‌ها در صنعت هوا - فضا
سرامیک‌های با عملکرد بالا جزئی از سلاح‌ها و سیستم‌های دفاعی مدرن می‌باشند. سرامیک‌های الکترونیکی و اپتیکی در سیستم‌های هدایت موشکی، هواپیما و خودروهای زمینی نظمی، مورد کاربرد واقع می‌شوند. در بیشتر سیستم‌ەای ارتباط را دارای نظامی، از سرامیک‌ها استفاده می‌شود. برای مثال رادار سیستم موشکی پاتریوت از قطعات سرامیکی به‌عنوان سنسورها، استفاده می‌نماید. سرامیک‌ها در هواپیماهای نظامی کاربرد بسیار زیادی دارند.
هواپیمای حمل و نقل ۱۳۰ - NATO C از زره سرامیکی در اطاقک خلبان استفاده می‌کند که از جنس کولار ۱ شیشه است. به‌طور کلی از سرامیک‌ها در تجهیزات نظامی استفاده شده است در این خصوص می‌توان بهبالگردهای آپاچی اشاره نمود. هم‌چنین از سرامیک‌های سبک وزن به‌عنوان زره در بسیاری از هلی‌کوپترهای تهاجمی، نظامی مدرن، نیز استفاده شده است. شایان ذکر است از کامپوزیت C - C نیز برای ساخت قطعات موشک و هواپیماهای نظامی استفاده می‌گردد. از مهمترین کاربرد سرامیک‌ها می‌توان به ساخت بدنه وسایل پرنده وارد شونده به جو زمین، نازل‌های رکت، و مخروطی‌های خروجی برای موشک‌های استراتژیک دیسک‌ەای ترمز برای هواپیماهای نظامی و تجاری، اشاره نمود.
مزایای کامپوزیت‌های C - C عبارتند از:
ـ استحکام دما بالا تافنس ۲ (چقرمگی) بالا
ـ شوک حرارتی برتر
ـ انتقال حرارت
و خواص اصطکاکی سرعت بالا در فاصله جنگ جهانی دوم، پتنتهائی (ثبت اختراع) برای زره سرامییک در هواپیما اعطاء گردید، و موادی نظیر دورون ۳ مورد آزمایش قرار گرفتند. در طی جنگ جهانی ویتنام AL۲O۳ یا B۴C با کامپوزیت‌هائی نظیر دورون لاستیک تقویت شده با شیشه، همراه شد که جهت حفاظت در مقابل سلاح‌های سبک (شامل مهمات سوراخ کننده زره) در هلی‌کوپترهای رزمی، و هواپیماهای شخصی، استفاده گردیدند.
یک کاربرد مهم سازه‌ای و الکتریکی - رادیوئی سرامیک‌ها، در رادم‌ها ۴ می‌باشد. این‌ها مخروط‌هائی توخالی هستند که در خارج هواپیماها، موشک‌ها، سفینه‌های فضائی به‌عنوان یک در پوش و پنجره محافظ برای تجهیزات آشکارسازی و هدایت الکترونیکی استفاده می‌شود. در سرعت مافوق صوت، از حرارت دیدن پوسته‌ای، مقدار قابل ملاحظه‌ای اصطکاک اتمسفری بروز می‌نماید که استفاده از مواد دیرگداز را ضروری می‌نماید.
مواد سرامیکی مورد استفاده برای این کاربرد عبارتند از:
ـ Sio۲, Mgo
ـ Al۲o۳ ذوبی
ـ Zns, Znse, Cdte
ـ Mgf۲ از Corning Pyroceram برای بیش از ۳۰ سال در بسیاری از موشک‌های هدایت راداری مورد استفاده قرار گرفته است. زمینه‌های شیشه سرامیک از شیشه بروسیلیکات، آلومینو سیلیکات لیتیم یا آلومینوسیلیکات کلسیم تقویت شده با الیاف C یا Sic که در کاربردهای هوافضای مختلفی مورد استفاده قرار گرفته‌اند که شامل سیلندرهای کمپرسوری، سوپاپ‌ها، سیستم‌های ترمز، پره‌های توربین و نگه‌دارنده‌ها برای آینه‌های ماهواره می‌باشند.
 مرجع:
سرامیکهای مهندسی ، مورات بنگیسو