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陶瓷在现代军事技术的应用前景诱人
 
慧聪网   2006年1月21日9时20分   信息来源:陶城报    

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   中国号称“陶瓷之邦”。根据考古发现,陶器至少已有上万年的历史。瓷器的出现虽然较晚一些,但据考证也已有两三千年之久。陶器是用黏土绕烧制而成的器皿,现代陶器多在其表面涂上一层粗釉,以增进美观,提高强度。瓷土是质地纯净的黏土,为白色或灰白色的粉末,其主要成分是铝和硅的氧化物。我国江西省景德镇高岭所产的瓷土质地优良,闻名中外,称为“高岭土”。

  陶瓷的共同弱点是“脆”,加之它们都经受不住急剧加热和急剧冷却的考验,所以长期以来,陶瓷的用途受到了很大的限制。由于科学技术的发展,自20世纪60年代以来,陶瓷的生产技术取得了重大突破,科学家们利用高纯度的天然无机物及人工合成的无机化合物,采用多种技术先进的制造工艺,研制出许多种具有硬度高、密度低(重量轻)、耐高温、耐腐蚀、耐磨损等超常性能的新型陶瓷。这些新型陶瓷的优良特性是金属材料及高分子材料无法比拟的,它们不仅在民用工业中大显身手,而且已经成为军事科技领域中光彩夺目的奇葩。
 
  陶瓷装甲崭露头角

  美国于1962年率先研制成氧化铝陶瓷面板。在越南战争期间(1965~1975),美国空军把9毫米厚的烧结氧化铝陶瓷装甲板用于直升机驾驶员的安全防护,经受住了实战的考验。直到现在,美国军用飞机的驾驶员座椅及其它某些关键性部位,仍然广泛地使用陶瓷复合防护装甲板。

  陶瓷装甲具有金属装甲无可比拟的优越性能。目前各军事强国的主战坦克,大都采用陶瓷复合装甲。像英国的“奇伏坦”式坦克、美国的“XM-1”式坦克和德国的“豹-2”式坦克,都采用了含有陶瓷材料的复合装甲。这类陶瓷复合装甲不仅能抗御常规弹药的攻击,而且还能承受中子弹和反坦克导弹的攻击。德国的“黑豹-87”式坦克,其复合装甲是由陶瓷、橡胶和特种树脂等多种材料复合而成,能在一定程度上承受原子武器的冲击波和热辐射,是目前世界上最先进的复合装甲。美法两国联合试制的“M-113”型军用装甲运输车,其防护装甲是一种特制的陶瓷,这种装甲车辆的正面能够经受20亳米炮弹的轰击,其两侧能够经受13.7毫米枪弹的射击,其防护能力是其它同类车辆所望尘莫及的。

  在单兵防护器材中,用特种轾质陶瓷材料制成的防弹衣和防弹背心,其重量只及钢的60%~70%,而其强度可达钢的3~4倍,能有效地抗御各种轻武器的射击。

  陶瓷发动机初露锋芒 

  应用新型陶瓷材料来提高发动机的工作性能,已成为一个世界性的研究课题。当前各主要军事强国都在着力研究采用陶瓷、陶瓷纤维增强材料和陶瓷涂层来提高发动机零部件的工作性能,并且业已取得了长足的进展。实践表明,陶瓷发动机具有两个十分显著的优点:一是热效率高,其有效功率可比钢质发动机高出45%以上;二是它无需冷却系统,从而显著减小了发动机的体积和重量,这在航空和航天技术中是具有特殊意义的。  

      关于陶瓷在发动机上的应用,目前最引人注目的要算是涡轮复合式陶瓷燃气轮机。美国用在M1主战坦克上的AGT-1500燃气轮机,由于它的某些零部件用陶瓷取代了战略金属,这样一来就不仅使战略金属短缺的矛盾得到了缓解,从而降低了成本,而且还延长了发动机的使用寿命,同时提高了坦克的战斗性能。

  日本将非氧化物陶瓷制造的燃气轮机用在汽车上,将汽车发动机的工作温度从900摄氏度提高到了1200摄氏度,可节省20%~25%的燃料。这种陶瓷发动机不但可以使用汽油和柴油,而且还可以使用甲醇和煤油。

  据报导,目前美国正在研制600~750马力的陶瓷绝热燃气轮机,他们还计划为下一代主战坦克设计一种动力高达1500~2000马力的陶瓷燃气轮机。

  金属陶瓷方兴未艾

  近些年来,科学家把陶瓷粉末和金属粉末混合均匀,再经高温烧结,制成金属陶瓷,其性能既硬又韧,并且重量轾(密度小),耐高温,在运载火箭、洲际导弹、航天飞机以及宇宙飞船上都得到了越来越广泛的应用。美国的MX导弹发射管,在以前是用特种钢制造的,其重量达40吨,而在采用特种金属陶瓷复合材料以后,其重量已减少到原来的1/5即8吨左右。

  航天飞机和宇宙飞船在穿过大气层时,其表面某些部位的温度可高达2000摄氏度以上。在如此高的外部温度下,为使其内部的仪器设备能够正常工作并确保乘员的生命安全,金属陶瓷大有用武之地,像美国的“哥仑比亚”号航天飞机和前苏联的“暴风雪”号航天飞机,其表面都覆盖了大量的能耐高温的金属陶瓷防热片。实验表明,这种金属陶瓷防热片可以重复使用100次以上。

  目前,陶瓷无论是在军事上,还是在民用技术领域中的应用都已经极其广泛,远不止上面所提到的。例如:用电子陶瓷作基片和薄膜的超大规模和超高速集成电路已经面世;压电陶瓷在遥控、红外、超声及精密测量等技术中均得到了越来越多的应用;光学陶瓷已经在激光技术中大显身手;稀土氧化物陶瓷在超导技术中异军突起,等等。近些年来,各类新型陶瓷脱颖而出,如雨后春笋,形势善人,其发展前景是极其诱人的。

 

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