航空航天领域应用的陶瓷材料
阅读量：263
img
氧化物陶瓷
氧化铝（Al₂O₃）陶瓷：
特点：
硬度高，莫氏硬度可达 9 左右，仅次于金刚石，所以具备出色的耐磨性能，能有效抵御摩擦、磨损，常用于航空发动机中存在相对运动、容易产生磨损的部件表面防护。
化学稳定性良好，在高温、酸碱等多种化学环境下都能保持稳定，不易与其他物质发生化学反应，可很好地保护基体材料免受腐蚀，像在一些航空航天设备的特殊化学环境区域使用能起到良好的防护作用。
具有较高的绝缘性，对于航空航天电气系统周边需要电绝缘的部位，是理想的绝缘材料选择，能保障电路安全，避免短路等问题出现。
应用案例：常用于航空发动机的机械传动部件、特定的电子元件周边等部位，为部件提供耐磨、防腐蚀以及绝缘保护。
氧化锆（ZrO₂）陶瓷：
特点：
最突出的特点是其优良的耐高温性能和隔热性能，尤其是经过钇等稀土元素稳定化处理后的氧化锆（如氧化钇稳定的氧化锆，YSZ），热导率低，可在高温部件表面形成有效的热障，降低基体温度，使其能够在航空发动机的高温区域如燃烧室、涡轮叶片等部位发挥重要的隔热作用。
拥有较好的化学稳定性，在航空发动机高温燃气等复杂化学环境中，能长时间维持自身性能稳定，保障隔热等功能的持续发挥。
具备一定的韧性，相较于其他一些陶瓷材料，氧化锆陶瓷在承受一定的机械应力时，抗裂纹扩展能力相对较强，不过总体来说仍属于脆性材料范畴。
应用案例：广泛应用于航空发动机的燃烧室、涡轮叶片等高温部件，通过热障涂层的形式保障这些部件在高温环境下的正常运行，提升发动机的性能和使用寿命。
氧化镁（MgO）陶瓷：
特点：
氧化镁陶瓷的耐高温性能优良，熔点高达 2800℃左右，能够在高温环境下保持稳定，可用于航空航天领域中一些对温度耐受要求极高的特殊部件。
化学稳定性较好，对许多腐蚀性物质有一定的抵抗力，在一些特定的化学腐蚀环境中能起到防护基体的作用。
具有良好的电绝缘性，在涉及电气绝缘需求的航空航天应用场景中可以作为备选材料。
应用案例：在一些高温炉衬、航天飞行器的高温隔热部件等部位有应用，帮助抵御高温以及相关化学腐蚀，保障设备正常运行。
氮化物陶瓷
氮化硅（Si₃N₄）陶瓷：
特点：
有着优异的高温强度和硬度，在高温环境下依然能保持较高的力学性能，可承受航空发动机等高温部件运转时产生的较大机械应力，例如在发动机的涡轮增压器等高温、高应力部件上有潜在应用价值。
抗氧化性能良好，在高温有氧环境中能通过表面形成致密的氧化膜来阻止进一步氧化，延长自身及基体部件的使用寿命，适应航空航天领域中高温且含氧量变化的复杂环境。
热导率相对适中，既可以在一些需要散热的部位起到一定的热量传递作用，又能在特定情况下辅助隔热，具备一定的热管理功能。
应用案例：可应用于航空发动机的涡轮增压器、高温轴承等部位，为部件提供高温强度保障、抗氧化保护以及一定的热管理作用。
氮化硼（BN）陶瓷：
特点：
具有多种晶型结构，其中六方氮化硼（h-BN）具有类似石墨的层状结构，润滑性能出色，在航空航天设备中存在相对运动、需要降低摩擦系数的部件表面应用，可有效减少摩擦磨损，提高部件的运行效率和使用寿命。
高温稳定性好，能在较高温度下保持性能稳定，并且具备良好的化学惰性，对于抵御高温环境下的化学侵蚀有较好效果。
部分晶型的氮化硼陶瓷还具有较好的电绝缘性和热导率，可根据不同的航空航天应用场景，在需要绝缘或导热的部位发挥相应作用。
应用案例：常用于航空发动机的一些滑动部件表面，作为润滑涂层降低摩擦；也在航天飞行器的高温绝缘部位等有应用，保障电气系统安全和热环境稳定。
碳化物陶瓷
碳化硅（SiC）陶瓷：
特点：
硬度极高，莫氏硬度可达 9.5 左右，是一种非常耐磨的陶瓷材料，在航空航天领域中应对高强度摩擦磨损的部件防护方面表现突出，可大幅延长部件的耐磨寿命。
具备优异的高温性能，耐高温、抗氧化能力强，能在高温环境下维持稳定的结构和性能，适应航空发动机、航天飞行器热防护等高温应用场景。
热导率较高，在一些需要散热的部件上可以作为散热材料使用，同时还具有一定的化学稳定性，能抵御多种化学物质腐蚀。
应用案例：在航空发动机的燃烧室衬里、涡轮叶片等部位可作为耐磨、耐高温、抗氧化涂层使用；也在航天飞行器的热防护系统、发动机热端部件等地方应用，保障部件在高温环境下的性能和结构完整性。
碳化钛（TiC）陶瓷：
特点：
硬度高且密度相对较低，在保证耐磨性能的同时，一定程度上符合航空航天领域对材料轻量化的要求，在一些对重量有一定限制但又需要耐磨防护的部件上有应用优势。
具有良好的化学稳定性，在多种化学环境中不易被腐蚀，能对基体材料起到可靠的防护作用。
与金属的相容性相对较好，在制备涂层时，能够通过一些工艺手段与金属基体实现较好的结合，提高涂层的附着稳定性。
应用案例：可应用于航空航天设备中一些小型的、需要耐磨防护且对重量敏感的金属部件表面，比如部分精密传动部件等，通过涂层形式提升部件的耐磨和防腐蚀性能。
硼化物陶瓷
硼化锆（ZrB₂）陶瓷：
特点：
拥有超高的熔点（约 3246℃），是目前已知的耐高温性能极为突出的陶瓷材料之一，在航空航天领域中应对极端高温环境，如航天飞行器再入大气层时面临的超高温情况，有着重要的应用潜力。
化学稳定性好，在高温、强氧化等极端环境下能保持自身结构和性能稳定，可有效保护基体材料免受恶劣环境破坏。
具备一定的硬度和良好的导电性，根据不同的应用场景，既可以在需要耐磨防护的部位发挥作用，又能在涉及导电需求的地方作为导电材料使用。
应用案例：有望应用于未来的高超声速飞行器的热防护系统、航天飞行器再入大气层时的关键高温防护部位等，帮助抵御极端高温，保障飞行器安全运行。
硼化钛（TiB₂）陶瓷：
特点：
硬度高、耐磨性强，在航空航天设备中对于需要抵御强烈摩擦磨损的部件，如一些机械加工刀具、耐磨部件表面等，能提供强有力的耐磨保护，延长部件的使用寿命。
具有较好的化学稳定性和高温性能，在高温、化学腐蚀等复杂环境下能保持稳定，保障其耐磨、防护等功能的持续发挥。
导电性优良，在一些航空航天电子设备的导电部件或需要进行导电连接的部位，可以作为导电材料应用，替代部分传统的金属导电材料，实现特定的功能需求。
应用案例：常用于航空航天领域中的刀具涂层、耐磨部件表面涂层以及部分电子设备的导电连接部位等，提升部件的耐磨、导电等性能。
