Поначалу вам может быть трудно представить себе такой хрупкий предмет, как керамика будучи материальным компонентом в аэрокосмической отрасли инженерия, не говоря уже о решающей.
Немногие материалы обладают необходимым соотношением прочности и веса, чтобы выдерживать космические полеты, сохраняя при этом свою структурную целостность при 3000°F/1649°C. Однако современные керамические материалы обладают необходимыми качествами, позволяющими аэрокосмическим аппаратам выдерживать нагрев от трения во время спуска через атмосферу Земли.
Итак, хотя керамика/фарфор, возможно, и не являются вашим любимым материалом для кухонной утвари, их искусственные аналоги бесценны. в the аэрокосмическая промышленность сектор.
Давайте рассмотрим, почему керамика так важна для аэрокосмической промышленности и как она производит революцию в авиакосмической промышленности.
Керамика в аэрокосмической отрасли: в чем ее суть?
Трение при высокоскоростном спуске приводит к тому, что аэрокосмические аппараты сгорают при входе в атмосферу Земли. Но большинство металлов превратятся в расплавленную лужу при таком сильном нагреве. К сожалению, те немногие, которые могут выдерживать такие температуры, тяжелые и неэффективны для управления топливом.
С другой стороны, усовершенствованная керамика — это прорыв в области аэрокосмических путешествий, обладающий всеми необходимыми свойствами. Высокая температура плавления керамики означает, что она может выдерживать температуры, которые превратят большинство металлов в суп. Плюс, ее легкая структура и прочность идеально подходят для проектирования самолетов.
Источник: Unsplash
Хотя это не самый популярный вариант, высокотемпературная керамика имеет больший потенциал, чем ей приписывают. Помимо способности поглощать и рассеивать тепло, она также сохраняет структурную целостность под нагрузкой, что дает ей преимущество в применимости по сравнению с большинством композитных металлов.
Но каков потенциал керамики в космонавтике? Чем она превосходит все остальные материалы?
Продолжайте читать, чтобы узнать о некоторых применениях керамических материалов в аэрокосмической технике.
Основные области применения керамики в аэрокосмической технике
Мы можем указать на многочисленные применения усовершенствованной керамики в аэрокосмической промышленности благодаря ее особым возможностям. Например, все больше производителей самолетов теперь используют керамическое покрытие на своих новых моделях. Но помимо этого, вот другие популярные варианты использования керамических материалов.
Системы тепловой защиты
Опять же, высокотемпературные керамические материалы могут легко выдерживать высокие температуры, вибрации и механические удары. Кроме того, они легкие, имеют правильное соотношение прочности и веса для создания функциональных компонентов для самолетов.
Благодаря сочетанию этих свойств данные материалы прекрасно подходят для защиты аэрокосмических аппаратов от обжигающей температуры при входе в атмосферу Земли.
Керамика образует тепловой экран, поглощающий и рассеивающий тепло, которое в противном случае могло бы нанести значительный ущерб критически важным компонентам внутри корабля.
Это ключевая причина. НАСА освещала деятельность своих космических челноков корпус с кремниево-волокнистыми плитками, изготовленными из очень чистого кварцевого песка. Он образовал защитный слой, который изолировал алюминиевую обшивку и структуру орбитального аппарата, что позволило ему выдерживать температуры до 2300°F.
Компоненты двигателя
Легкость усовершенствованного керамического материала делает его идеальным вариантом для инженеров аэрокосмической отрасли, проектирующих легкие и экономичные двигатели.
Большинство обычных сплавов, пригодных для производства двигателей, тяжелые и заставляют их потреблять больше топлива. Но техническая керамика обеспечивает в этом отношении прекрасные альтернативы.
Источник: Unsplash
Более того, керамическая матрица композита (CMC) обладает лучшей температурной устойчивостью, что позволяет двигателям работать при более высоких температурах. Это делает материал пригодным для турбин и других компонентов двигателя, часто подвергающихся воздействию высоких температур. Кроме того, его долговечность позволяет ему лучше выдерживать коррозионное воздействие выхлопных газов.
Кроме того, энергоэффективность аэрокосмического корабля, в котором значительное количество керамических компонентов, является плюсом для целей устойчивого развития. При оптимальной работе двигатели потребляют меньше топлива и выделяют меньше выхлопных газов, тем самым снижая загрязнение окружающей среды.
Другие приложения
Помимо систем двигателя и тепловых экранов, инженеры также внедряют передовые технологии керамика в других аспектах аэрокосмическая промышленность проектирование судов. Сюда входят датчики, навигационные системы и спутниковые компоненты. Керамические материалы особенно подходят для использования в качестве изоляции благодаря своей плохой проводимости и более высокой устойчивости к радиации.
Кроме того, пьезоэлектрическая керамика, такая как цирконат-титанат свинца, демонстрирует замечательную функциональность в конструкции датчика. Этот усовершенствованный тип керамики преобразует механическое напряжение в электрические сигналы, что делает их полезными в таких приложениях, как датчики силы и приводы.
Помимо сенсорного обнаружения, пьезоэлектрическая керамика также полезна в качестве гасителей вибраций благодаря своей способности преобразовывать механическую энергию колебаний в электрическую энергию.
Источник: Unsplash
Пьезоэлектрическое свойство этой керамики обусловлено тем, что ее кристаллическая структура имеет «встроенный» дипольный эффект из-за несоосности положительных и отрицательных зарядов в элементарных ячейках. Благодаря этому свойству материалы отлично подходят для обнаружения давления и вибраций.
Наоборот, традиционная керамика также полезна в конструкциях датчиков, где долговечность является основным требованием. Кроме того, ее химическая инертность делает ее полезной для обнаружения газов и коррозии, которые могут быть опасны где угодно, даже в космонавтике.
Хотя эти пункты указывают на возможности керамических компонентов в аэрокосмической технике, это только начало. Дальнейшие достижения в области технологий могут привести к разработке более легкой, более термостойкой керамики с улучшенными характеристиками и безопасностью.
Каковы перспективы использования керамики в аэрокосмической отрасли?
Будущее выглядит многообещающим для керамика приложения в the аэрокосмическая промышленность промышленность и самолетостроение. Материал быстро набирает популярность благодаря своей функциональности и универсальности.
Плюс, новые инновации, такие как керамические матричные композиты, расширяют диапазон функциональности материала. Исследователи также добиваются значительного прогресса в улучшении свойств материала, таких как повышение его прочности и приспособляемости для 3D-печати.
Более того, с постоянными улучшениями в разработке передовой керамики инженеры могут успешно проектировать ее из более доступных материалов. Это сделает ее относительно более дешевой в получении, чем металлические композиты. По сути, керамические композиты могут стать более доступной альтернативой для аэрокосмических компаний.
Заключительные мысли
Керамика долгое время тихо вносила свой вклад в некоторые из главных достижений в области аэрокосмической техники. Высокая температура плавления керамических материалов делает их замечательными компонентами тепловой защиты. Плюс их легкая структура и термостойкие свойства идеально подходят для деталей аэрокосмических двигателей.
Но помимо этих текущих вариантов использования, применение керамических материалов обширно и постоянно растет, увеличивая их значимость в аэрокосмической промышленности. В будущем эти замечательные материалы получат заслуженное признание, поскольку все больше людей признают их универсальность.