Применение керамических материалов в оружии и технике
I. Керамические композиты в системах бронезащиты
В области вооружения и техники керамические композиты стали одним из основных материалов для современных систем бронезащиты благодаря своим уникальным физико-химическим свойствам. Высокая твёрдость, лёгкость и отличная ударопрочность позволили им занять важное место в конструкции защиты наземных, морских и воздушных боевых платформ. В области защиты бронетехники применение керамических композитов значительно повысило живучесть боевых машин. По сравнению с традиционной стальной броней керамические композиты обладают меньшей плотностью, что позволяет значительно снизить вес брони и повысить подвижность техники.
Например, композитная броня с использованием керамики на основе оксида алюминия или карбида кремния имеет твердость более 9 по шкале Мооса и способна эффективно противостоять проникновению бронебойных снарядов и снарядов взрывного действия.
Коррозионная стойкость керамических материалов позволяет им прекрасно работать в морской среде, обеспечивая срок службы более 20 лет, что значительно превышает срок службы традиционных металлических защитных материалов.
В конструкции военных самолетов керамические матричные композиты используются для броневой защиты ключевых компонентов, таких как фюзеляж и передние кромки крыльев.
II. Высокотемпературные керамические компоненты в ракетах и ракетных двигателях
Керамика на основе нитрида кремния (Си₃N₄) и карбида кремния (SiC) может сохранять прочность на изгиб более 400 МПа в условиях высоких температур 1600 °C, что делает ее идеальным выбором для высокотемпературных компонентов двигателей.
В ракетных двигателях керамические матричные композиционные материалы успешно применяются для изготовления лопаток ротора турбин и вкладышей камер сгорания.
Повышение тяговой эффективности ракетных двигателей напрямую зависит от применения современных керамических материалов. В серии испытаний, проведённых в период с 2021 по 2023 год, НАСА подтвердило, что керамические сопла из оксида алюминия, упрочнённого циркониевым оксидом (ЗТА), демонстрируют превосходную стойкость к термоударам в высокотемпературной газовой среде при температуре 3000 °C, а их срок службы в 5–8 раз превышает срок службы традиционных металлических сопел.
III. Керамика для пуленепробиваемых пластин и лёгкой брони
В области пуленепробиваемых пластин сложилось технологическое направление, в котором доминируют оксид алюминия, карбид кремния и нитрид кремния. Согласно результатам испытаний, керамические пуленепробиваемые пластины демонстрируют выдающиеся характеристики прочности на сжатие, растяжение и ударопрочности, а также способны эффективно противостоять попаданиям пуль различного калибра. По сравнению с традиционными металлическими материалами керамические пуленепробиваемые пластины обладают значительным преимуществом в виде снижения веса на 30–50%, что значительно повышает мобильность и устойчивость бойцов.
Легкие броневые решения эволюционировали от однофункциональной защиты к многофункциональной интеграции. В современной военной технике, с целью обеспечения защитных свойств, керамическая композитная броня успешно снизила общий вес бронетехники на 15–20%.