中國粉體網(wǎng)訊  先進(jìn)陶瓷材料具有質(zhì)輕、高硬度(耐磨)、高熔點(diǎn)(耐高溫)、化學(xué)穩(wěn)定性好(耐腐蝕)、高強(qiáng)度、高模量及耐低溫等優(yōu)異性能，在航空發(fā)動機(jī)輕質(zhì)高性能熱端部件以及熱防護(hù)系統(tǒng)部件等航空飛行器結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用重要性日益凸顯。

陶瓷基復(fù)合材料

陶瓷基復(fù)合材料具有輕質(zhì)、耐高溫、抗氧化及隔熱等優(yōu)點(diǎn)，在航天航空領(lǐng)域，陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用幾乎覆蓋了整個產(chǎn)業(yè)鏈。航空飛行器領(lǐng)域熱端區(qū)域部件常見陶瓷基復(fù)合材料(Al₂O_3f/Al₂O₃復(fù)材、SiC_f/SiC復(fù)材)與高溫合金。Al₂O_3f/Al₂O₃復(fù)材，相比高溫合金，密度更低、耐溫能力更高；相比SiC_f/SiC復(fù)材，成本更低、抗氧化性能更好，因此美軍現(xiàn)有直升機(jī)排氣系統(tǒng)正逐步采用Al₂O_3f/Al₂O₃復(fù)材替代原有高溫合金材料制備。

輕型直升機(jī) Al₂O_3f/Al₂O₃復(fù)材尾噴管

SiC_f/SiC復(fù)合材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)韌、耐高溫、抗氧化等優(yōu)異的綜合性能，是在航空渦輪發(fā)動機(jī)熱端部件和新型空天飛行器防熱結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景的先進(jìn)材料。在飛機(jī)動力系統(tǒng)方面，SiC_f/SiC為代表的陶瓷纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料的密度為2.5～3.0g/cm³，僅為鎳基高溫合金的30%左右，但工作溫度較高溫合金提高了400～500℃，可以滿足發(fā)動機(jī)對高推重比的需求。

陶瓷基復(fù)合材料技術(shù)路線對比

來源：觀研天下

此外，氮化物陶瓷基復(fù)合材料是目前航天透波領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和重要方向之一。氮化物陶瓷基復(fù)合材料是以AlN、BN、Si₃N₄、SiBN 等氮化物陶瓷為基體，通常選用晶須、納米線、連續(xù)纖維（如碳纖維、石英纖維、氮化物纖維）或陶瓷顆粒作為增強(qiáng)相所制備的一類復(fù)合材料。該材料繼承了氮化物陶瓷優(yōu)異的高溫力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性、抗熱震性、耐磨性和耐燒蝕性等，在航空航天、國防軍工、機(jī)械電子、車輛工程、能源化工等領(lǐng)域有著十分廣闊的應(yīng)用前景。

陶瓷刀具

在航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，高溫合金材料的使用非常廣泛，涵蓋高壓壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪、渦輪后機(jī)匣及加力燃燒室等高溫部件。高溫合金材料硬度大、加工刀具磨損量大，零件的冷加工對刀具的依賴程度高。實現(xiàn)高質(zhì)量、高效率且低成本加工高溫合金零部件，是現(xiàn)代航空制造業(yè)不斷追求的目標(biāo)。

近年來隨著航空制造業(yè)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)硬質(zhì)合金刀具已難以滿足生產(chǎn)需要，特別是在航空發(fā)動機(jī)制造領(lǐng)域，陶瓷刀具以其優(yōu)良的切削性能和高的性價比得到越來越廣泛的應(yīng)用。陶瓷材料具有高硬度、熱硬性和耐磨性的特點(diǎn)。陶瓷刀具的化學(xué)穩(wěn)定性、抗氧化能力等均優(yōu)于硬質(zhì)合金，非常適合干式連續(xù)高速切削高溫合金、淬硬鋼、軸承鋼、高強(qiáng)度鋼等難加工材料。對于航空發(fā)動機(jī)中高溫合金的應(yīng)用以及盤軸類零件使用較多的情況，陶瓷刀具可充分發(fā)揮其優(yōu)勢。

空心陶瓷微珠

隨著現(xiàn)代航空發(fā)展需求輕量化，多功能于一身等特點(diǎn)，僅靠高分子樹脂很難達(dá)到上述多功能材料一體化。陶瓷空心微珠是一種內(nèi)核為半真空、外層為陶瓷的中空結(jié)構(gòu)的化工新材料。具有密度小、吸油率低，導(dǎo)熱系數(shù)低，流動性好，化學(xué)穩(wěn)定性高、隔音性好、阻燃性、電絕緣性好且硬度高等特點(diǎn)，被譽(yù)為“新時代空間材料”。

E-SPHERES空心陶瓷微珠，來源：大連義邦

這些年來中空陶瓷微珠在國內(nèi)外已成為較為熱門的工程用材料，同時在我國也已經(jīng)成為人們研究的重點(diǎn)材料之一。大連義邦引入的中空陶瓷微珠與通常的填料相比其幾何尺寸是較為完整的中空球體，粒度為20~500微米，導(dǎo)熱系數(shù)0.1瓦/米/°C，熔點(diǎn)1800°C，主要成分是由SiO₂和Al₂O₃構(gòu)成。它們具有很好的流動性，對于填充樹脂基復(fù)合材料具有很強(qiáng)的收縮紋理特性。

空心陶瓷微珠作為新型無機(jī)粉末填料可用于各類航空特種高性能玻璃纖維，可用于結(jié)構(gòu)加固的主要和次要承重結(jié)構(gòu)件，如眩光層壓板、直升機(jī)旋翼等；適用于具有特殊電氣性能要求的功能性結(jié)構(gòu)部件，如機(jī)頭罩、天線罩、雷達(dá)罩和次承力結(jié)構(gòu)件及阻燃玻纖內(nèi)飾材料等。此外，空心陶瓷微珠作為隔音材料也被用于航空領(lǐng)域，針對以上玻纖纖維復(fù)合材料，空心陶瓷微珠在復(fù)材增強(qiáng)、減重、絕緣、保溫、隔熱等應(yīng)用中，都可以作為填料形式改善復(fù)合材料各項性能，形成新型多功能復(fù)合材料。

堇青石陶瓷

堇青石最突出的便是優(yōu)異的熱穩(wěn)定性（溫度變化時尺寸變化極�。�、抗熱震性（能經(jīng)受住快速的溫度變化而不容易開裂）以及機(jī)械性能（比低熱膨脹玻璃高1.5至2倍），常用于工業(yè)窯具、催化劑載體。

隨著衛(wèi)星傳感器進(jìn)步，數(shù)據(jù)量增長，空間基礎(chǔ)設(shè)施面臨高速大容量通信挑戰(zhàn)。激光光通信因速度快、容量大而備受矚目。但傳統(tǒng)鏡片在宇宙環(huán)境中無法保持長期穩(wěn)定的尺寸精度，堇青石材料憑借優(yōu)異的性能成為了理想的替代品，走上高端領(lǐng)域。

京瓷的“精細(xì)堇青石”陶瓷鏡被首次替代低熱膨脹玻璃用于國際空間站（ISS）與地球移動光學(xué)站之間光通信實驗設(shè)備，引起業(yè)界關(guān)注。同時，京瓷還與京都產(chǎn)業(yè)大學(xué)、PhotoCross株式會社合作，為實現(xiàn)世界首例搭載大型輕量化堇青石鏡的反射望遠(yuǎn)鏡，京瓷負(fù)責(zé)使用其開發(fā)的堇青石材料制造的大型非球面凹面鏡（以及小型凸面鏡）。

陶瓷涂層材料

熱障涂層（TBCs）是先進(jìn)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)核心熱端部件高壓渦輪葉片的關(guān)鍵技術(shù)，已經(jīng)在航空發(fā)動機(jī)和地面燃?xì)廨啓C(jī)上獲得成功應(yīng)用的熱障涂層陶瓷隔熱層材料為氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯（YSZ）。由于受高溫穩(wěn)定性、隔熱性能等的局限，YSZ已不能滿足下一代航空發(fā)動機(jī)的發(fā)展要求。

目前，絕大部分高熵?zé)嵴贤繉犹沾刹牧现械母哽卦O(shè)計均以稀土元素為主，這是由于鑭系元素具有原子尺寸差異小、性質(zhì)相似的特點(diǎn)，更有利于形成穩(wěn)定的單相固溶體，從而達(dá)到調(diào)控材料綜合性能的目的。其中，高熵稀土鋯酸鹽陶瓷均具有良好的高溫相穩(wěn)定性、良好的抗燒結(jié)性以及超低的熱導(dǎo)率，高熵稀土鋯酸鹽在諸多綜合性能的組合上達(dá)到了較好的平衡。

幾種典型高熵?zé)嵴贤繉犹沾刹牧闲阅軆?yōu)缺點(diǎn)的對比

為滿足下一代高推重比、低油耗比的高性能航空發(fā)動機(jī)的研制需求，新一代熱障涂層陶瓷候選材料層出不窮�？梢灶A(yù)見，高熵稀土鋯酸鹽、高熵稀土鉭酸鹽和高熵稀土氧化物等是未來新型熱障涂層陶瓷層較有潛力的幾種代表材料。

高導(dǎo)熱陶瓷

伴隨著我國航空航天事業(yè)的跨越式發(fā)展，航空航天器用超大規(guī)模集成電路及電子器件正朝向微型化、集成化、高頻化、高可靠性的方向發(fā)展，器件的發(fā)熱量顯著增加，散熱問題逐漸凸顯。

來源：臻璟新材料

氮化鋁陶瓷具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性而被廣泛應(yīng)用于航天電子的各個領(lǐng)域。如覆銅基板材料、電子封裝材料、超高溫器件封裝材料、高功率器件平臺材料、高頻器件材料、傳感器薄膜材料、涂層及功能增強(qiáng)材料等。此外，氮化鋁在諧振器中具有廣闊應(yīng)用前景，航天器件中如星載加速度計、陀螺儀、振蕩器、濾波器均可以選擇氮化鋁諧振器。

小結(jié)

除此以外，先進(jìn)陶瓷在航天航空領(lǐng)域的應(yīng)用還有很多，如壓電陶瓷器件、電子陶瓷、透明陶瓷等等均有應(yīng)用在航天航空領(lǐng)域中。隨著科技的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的推廣，先進(jìn)陶瓷材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用前景將更加廣闊，對推動航空航天技術(shù)的發(fā)展和提高航空航天器的性能將發(fā)揮越來越重要的作用。因此，研究和開發(fā)先進(jìn)陶瓷材料對于航空航天領(lǐng)域的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。

來源：

梁永朝：陶瓷刀具在航空零部件上的應(yīng)用

馬宇等：飛行器陶瓷基復(fù)合材料輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計研究進(jìn)展

羅學(xué)維等：高熵?zé)嵴贤繉犹沾刹牧涎芯窟M(jìn)展

諶廣昌等：直升機(jī)特定結(jié)構(gòu)先進(jìn)陶瓷材料研究進(jìn)展與應(yīng)用展望

復(fù)合材料前沿：航天透波復(fù)合材料應(yīng)用及發(fā)展

觀研天下、中國粉體網(wǎng)

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）

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