Im Hochtechnologiefeld ist die Materialtechnologie einer der Schlüsselfaktoren für die Realisierung anderer Technologien. Unter den neuen Materialien haben fortgeschrittene Keramiken aufgrund ihrer außergewöhnlichen Zähigkeit, Plastizität, Verschleißfestigkeit, Schlagfestigkeit, Stabilität bei hohen Temperaturen und herausragenden elektromagnetischen, optischen und chemischen Funktionalitäten erhebliche Aufmerksamkeit erregt.

Der Luft- und Raumfahrtsektor stellt äußerst strenge Anforderungen an die Materialleistung. Fortgeschrittene Keramiken mit ihrer hohen Temperaturfestigkeit, ausgezeichneter Bruchzähigkeit, hoher Härte, hoher dielektrischer Festigkeit, herausragender thermischer Schockbeständigkeit und überlegenen tribologischen Eigenschaften sind eine ausgezeichnete Wahl für Luft- und Raumfahrtanwendungen. Diese Materialien gewährleisten eine außergewöhnliche mechanische Zuverlässigkeit, Hitzebeständigkeit und Verschleißfestigkeit.

Hubschrauberpanzer

Keramiklager

Infrarot-Tarnung und Stealth

Radomwellen-durchlässige Materialien

Satellitenbatterien

• Anti-Oxidation Beschichtungen

Keramiksubstrate

Raumschiffhüllen

Schutzfenster für Infrarotsysteme

Flugzeugtriebwerke

Hochgebirgssauerstoffgewinnung

Bei der Betonung der Überlebensfähigkeit auf dem Schlachtfeld im Design von Kampfhubschraubern werden leichte keramische Verbundpanzerwerkstoffe in Sitzen und kritischen Teilen des Hubschraubers eingesetzt. Die spezialisierten Keramiken, die in diesen Anwendungen verwendet werden, umfassen hauptsächlich Aluminiumoxidkeramiken und Bornitridkeramiken.

Aluminiumoxid-Keramik bietet hervorragende Isolierung, Nichtbrennbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und robuste Haltbarkeit, was sie weniger anfällig für Schäden macht. Sie teilen herausragende Eigenschaften mit anderen organischen und metallischen Materialien und zeigen gleichzeitig eine überlegene chemische Korrosionsbeständigkeit und Toleranz gegenüber geschmolzenem Metall. Mit einer Härte vergleichbar mit Korund, konkurriert ihre Verschleißfestigkeit mit der von ultraharten Legierungen.

Borcarbid, allgemein bekannt als synthetischer Diamant, ist ein Borid mit extrem hoher Härte. Es kann aufgrund seiner Leichtigkeit und seiner Fähigkeit, das Eindringen von panzerbrechenden Geschossen zu widerstehen, als keramische Beschichtung für Kriegsschiffe und Hubschrauber verwendet werden, wodurch eine integrierte Schutzschicht durch thermisches Spritzbeschichten entsteht.

Der ehemalige sowjetische Mi-28-Hubschrauber nutzte mutig fortschrittliche Keramik als Schutzmaterial auf seinem Rumpf und dem Cockpit-Exterieur. Das Design umfasst zwei Schichten Panzerplatten, zwischen denen Titanlegierungsplatten von beträchtlicher Dicke eingeklemmt sind. Extern wurden große Mengen spezialisierter Keramik eingesetzt. Die keramischen Panzerplatten haben nur ein Drittel der Dichte von Titanlegierungsplatten, aber mehr als die doppelte Verteidigungsleistung. Darüber hinaus ist das Cockpit mit kugelsicherem Glas ausgestattet, das direkte Treffer von 12,7 mm Kalibergeschossen und Fragmenten von 20 mm Kaliber-Autokanonen standhalten kann.

Keramiklager werden aufgrund ihrer außergewöhnlichen Eigenschaften wie hoher Temperaturbeständigkeit, niedriger Kältetoleranz, Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, magnetischer und elektrischer Isolierung sowie hoher Drehgeschwindigkeit im Luft- und Raumfahrtsektor weit verbreitet eingesetzt. Diese Lager wurden speziell für die anspruchsvollen Bedingungen der Luft- und Raumfahrtindustrie entwickelt, wie z.B. raue Umgebungen, hohe Lasten, niedrige Temperaturen und betriebsmittelfreie Betriebe. Sie repräsentieren die perfekte Kombination aus neuen Materialien, innovativen Prozessen und fortschrittlichen Strukturdesigns.

Keramische Infrarot-Tarn- und Stealth-Technologie beinhaltet die Verwendung von Infrarot-funktionalen keramischen Materialien, um die Infrarotstrahlungsmerkmale eines Ziels zu reduzieren oder zu verändern, wodurch eine geringe Infrarot-Erkennbarkeit erreicht wird. Diese Materialien besitzen die Fähigkeit, die Infrarotstrahlungsmerkmale zu modifizieren und weisen eine geringe Infrarot-Emissionsfähigkeit innerhalb der atmosphärischen Fensterbänder auf. In Infrarotfeldern helfen sie, die Infrarotsignatur des Ziels mit der umgebenden Umgebung zu verschmelzen, um eine Infrarot-Terrainanpassung zu erreichen und die Infrarotsignale des Ziels auf das größtmögliche Maß zu minimieren.

Aerospace wellendurchlässige Materialien (Radome) sind so konzipiert, dass sie die Kommunikations-, Telemetrie-, Detonations- und Leitsysteme von Raumfahrzeugen schützen und deren ordnungsgemäße Funktion unter harten Umwelt- und klimatischen Bedingungen gewährleisten. Poröse Siliziumnitrid-Keramikmaterialien bieten eine niedrige dielektrische Konstante und dielektrische Verluste, geringe Dichte, gute Wärmedämmung, angemessene Festigkeit, lange Lebensdauer und im Vergleich zu anderen Keramikmaterialien relativ geringe Radarwellenabsorption, was sie für den Einsatz in der Luft- und Raumfahrt für wellendurchlässige Anwendungen besonders geeignet macht.

Um die Lebensdauer der Satellitenbatterien zu maximieren, sind keramische Separatormaterialien erforderlich. Keramische Separator werden aus Verbundwerkstoffen wie Seltenerdmetallen hergestellt, die durch Vakuummischung und Hochtemperatursintern gebildet werden. Diese Separator sind beständig gegen starke Säuren und Laugen und sind in Chromsäurebädern unlöslich.

Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe werden in der Luft- und Raumfahrt für Komponenten wie Raketenmotor-Düsen und Flugzeug-Bremscheiben aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften weit verbreitet eingesetzt. Sie neigen jedoch in sauerstoffreichen Umgebungen über 400°C zur Oxidation, was ihre Leistung drastisch reduziert. Um dies zu beheben, werden antioxidative Keramikbeschichtungen aufgetragen, die eine ausgezeichnete physikalische und chemische Stabilität bieten, um vor Oxidation zu schützen.

Während des Aufstiegs einer Rakete durch die Atmosphäre tritt erhebliche externe Reibung auf, die interne Sensoren wie Temperatur- und Drucksensoren beeinflusst. Die externen Kräfte erzeugen erhebliche Hitze, und die Genauigkeit der Drucksensoren ist entscheidend. Wenn interne Leiterplatten aufgrund externer Kräfte beschädigt werden, wird der Sensor unbrauchbar. Zirkonia-Keramiksubstrate mit ihrer hohen Verschleißfestigkeit und Druckfestigkeit sind ideal, um solche Schäden zu verhindern.

Hochtemperaturkeramikbeschichtungen wie HfB2, ZrB2 und ZrC sind unverzichtbar zur Verbesserung der ablatischen Widerstandsfähigkeit und der Widerstandsfähigkeit gegen atmosphärische Erosion, insbesondere für Hyperschallfahrzeuge. Diese Ultrahochtemperaturkeramiken spielen eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Erosionsbeständigkeit der Fahrzeugoberfläche und sind daher unersetzlich für den Schutz der Raumfahrzeugoberfläche.

Dieses Keramik, bestehend aus Yttriumoxid und Magnesiumoxid, wurde gemeinsam von jungen Wissenschaftlern der Russischen Fernöstlichen Föderalen Universität, dem Institut für Chemie der Russischen Akademie der Wissenschaften in Fernost, dem Institut für Einzelkristalle der Ukrainischen Nationalen Akademie der Wissenschaften und dem Shanghai-Institut für Silikat der Chinesischen Akademie der Wissenschaften entwickelt. Es wird für Infrarotsystem-Schutzfenster in der Luft- und Raumfahrt verwendet und ermöglicht eine Übertragung von über 70% Infrarotlicht unter 6000 nm.

Alle Motoren arbeiten nach dem Prinzip des Carnot-Kreisprozesses, bei dem höhere Gastemperaturen zu einer höheren Effizienz führen. Um das Schub-Gewichts-Verhältnis zu verbessern und den Kraftstoffverbrauch bei Luft- und Raumfahrtmotoren zu reduzieren, ist es entscheidend, die Turbineneintrittstemperatur zu erhöhen. Daher ist die Forschung zu Hochtemperatur-Strukturkeramiken und keramischen Verbundwerkstoffen entscheidend für die Entwicklung von Luft- und Raumfahrtmotoren mit hohem Schub-Gewichts-Verhältnis. Europäische Unternehmen wie die European Engine Company haben die Führung bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen für Raketenantriebssysteme übernommen, wobei Faserkeramiken nun einen bedeutenden Teil der Raketen- und Triebwerksstrukturen ausmachen.

Moderne Flugmissionen dauern oft viele Stunden, und Kampfflugzeuge können für Piloten keine so anpassungsfähige Umgebung schaffen wie kommerzielle Fluggesellschaften. Im Falle von Notfällen wie einer Kabinenabdeckungsriss müssen die Piloten weiterhin in großen Höhen kämpfen. Dies erfordert eine kontinuierliche Sauerstoffversorgung während der Mission, sowohl unter normalen Flugbedingungen als auch in Notfällen. Daher stellt spezielle Sauerstoffversorgungsausrüstung sicher, dass die Piloten während langandauernder Missionen und unter Notfallbedingungen reines oder angereichertes Sauerstoff erhalten.