中國粉體網(wǎng)訊 先進陶瓷材料具有質(zhì)輕、高硬度(耐磨),、高熔點(耐高溫),、化學穩(wěn)定性好(耐腐蝕)、高強度,、高模量及耐低溫等優(yōu)異性能,，在航空發(fā)動機輕質(zhì)高性能熱端部件以及熱防護系統(tǒng)部件等航空飛行器結構中的應用重要性日益凸顯,。
陶瓷基復合材料
陶瓷基復合材料具有輕質(zhì),、耐高溫、抗氧化及隔熱等優(yōu)點,，在航天航空領域,，陶瓷基復合材料的應用幾乎覆蓋了整個產(chǎn)業(yè)鏈。航空飛行器領域熱端區(qū)域部件常見陶瓷基復合材料(Al2O3f/Al2O3復材,、SiCf/SiC復材)與高溫合金,。Al2O3f/Al2O3復材，相比高溫合金,，密度更低,、耐溫能力更高；相比SiCf/SiC復材，成本更低,、抗氧化性能更好,，因此美軍現(xiàn)有直升機排氣系統(tǒng)正逐步采用Al2O3f/Al2O3復材替代原有高溫合金材料制備。
輕型直升機 Al2O3f/Al2O3復材尾噴管
SiCf/SiC復合材料具有輕質(zhì),、高強韌,、耐高溫、抗氧化等優(yōu)異的綜合性能,，是在航空渦輪發(fā)動機熱端部件和新型空天飛行器防熱結構等領域具有廣泛應用前景的先進材料,。在飛機動力系統(tǒng)方面，SiCf/SiC為代表的陶瓷纖維增韌陶瓷基復合材料的密度為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)動機對高推重比的需求,。
陶瓷基復合材料技術路線對比
來源：觀研天下
此外,，氮化物陶瓷基復合材料是目前航天透波領域研究的熱點和重要方向之一。氮化物陶瓷基復合材料是以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相所制備的一類復合材料。該材料繼承了氮化物陶瓷優(yōu)異的高溫力學性能,、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、機械電子,、車輛工程,、能源化工等領域有著十分廣闊的應用前景。
陶瓷刀具
在航空發(fā)動機領域,，高溫合金材料的使用非常廣泛,，涵蓋高壓壓氣機、燃燒室,、渦輪,、渦輪后機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,。
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)動機制造領域,，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用。陶瓷材料具有高硬度,、熱硬性和耐磨性的特點,。陶瓷刀具的化學穩(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,、高強度鋼等難加工材料,。對于航空發(fā)動機中高溫合金的應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，僅靠高分子樹脂很難達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構的化工新材料。具有密度小,、吸油率低,，導熱系數(shù)低，流動性好,，化學穩(wěn)定性高,、隔音性好、阻燃性,、電絕緣性好且硬度高等特點,，被譽為“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,，導熱系數(shù)0.1瓦/米/°C，熔點1800°C,，主要成分是由SiO2和Al2O3構成,。它們具有很好的流動性，對于填充樹脂基復合材料具有很強的收縮紋理特性,。
空心陶瓷微珠作為新型無機粉末填料可用于各類航空特種高性能玻璃纖維,，可用于結構加固的主要和次要承重結構件，如眩光層壓板,、直升機旋翼等,；適用于具有特殊電氣性能要求的功能性結構部件，如機頭罩,、天線罩,、雷達罩和次承力結構件及阻燃玻纖內(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域,，針對以上玻纖纖維復合材料，空心陶瓷微珠在復材增強,、減重,、絕緣、保溫,、隔熱等應用中,，都可以作為填料形式改善復合材料各項性能，形成新型多功能復合材料,。
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�,。⒖篃嵴鹦裕芙�(jīng)受住快速的溫度變化而不容易開裂）以及機械性能（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)星傳感器進步,，數(shù)據(jù)量增長,，空間基礎設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,，走上高端領域,。
京瓷的“精細堇青石”陶瓷鏡被首次替代低熱膨脹玻璃用于國際空間站（ISS）與地球移動光學站之間光通信實驗設備，引起業(yè)界關注,。同時,，京瓷還與京都產(chǎn)業(yè)大學,、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鏡,，京瓷負責使用其開發(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）是先進燃氣渦輪發(fā)動機核心熱端部件高壓渦輪葉片的關鍵技術，已經(jīng)在航空發(fā)動機和地面燃氣輪機上獲得成功應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)動機的發(fā)展要求,。
目前,，絕大部分高熵熱障涂層陶瓷材料中的高熵設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,，更有利于形成穩(wěn)定的單相固溶體，從而達到調(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、良好的抗燒結性以及超低的熱導率,，高熵稀土鋯酸鹽在諸多綜合性能的組合上達到了較好的平衡,。
幾種典型高熵熱障涂層陶瓷材料性能優(yōu)缺點的對比
為滿足下一代高推重比、低油耗比的高性能航空發(fā)動機的研制需求,，新一代熱障涂層陶瓷候選材料層出不窮,。可以預見,，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)異的導熱性而被廣泛應用于航天電子的各個領域,。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,、涂層及功能增強材料等,。此外,，氮化鋁在諧振器中具有廣闊應用前景,，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
除此以外,，先進陶瓷在航天航空領域的應用還有很多,，如壓電陶瓷器件、電子陶瓷,、透明陶瓷等等均有應用在航天航空領域中,。隨著科技的不斷進步和應用的推廣，先進陶瓷材料在航空航天領域的應用前景將更加廣闊,，對推動航空航天技術的發(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)先進陶瓷材料對于航空航天領域的發(fā)展具有深遠的意義,。
來源：
梁永朝：陶瓷刀具在航空零部件上的應用
馬宇等：飛行器陶瓷基復合材料輕量化結構設計研究進展
羅學維等：高熵熱障涂層陶瓷材料研究進展
諶廣昌等：直升機特定結構先進陶瓷材料研究進展與應用展望
復合材料前沿：航天透波復合材料應用及發(fā)展
觀研天下,、中國粉體網(wǎng)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權告知刪除
