Dans le domaine de haute technologie, la technologie des matériaux est l'un des principaux moteurs pour la réalisation d'autres technologies. Parmi les nouveaux matériaux, les céramiques avancées ont suscité une attention particulière en raison de leur exceptionnelle résistance, plasticité, résistance à l'usure, résistance aux chocs, stabilité à haute température, et de leurs remarquables fonctionnalités électromagnétiques, optiques et chimiques.

Le secteur aérospatial impose des exigences extrêmement strictes en matière de performance des matériaux. Les céramiques avancées, avec leur résistance à haute température, leur excellente ténacité à la rupture, leur grande dureté, leur haute résistance diélectrique, leur exceptionnelle résistance aux chocs thermiques et leurs propriétés tribologiques supérieures, sont un excellent choix pour les applications aérospatiales. Ces matériaux garantissent une fiabilité mécanique exceptionnelle, une résistance à la chaleur et une résistance à l'usure.

Armure d'hélicoptère

Roulements en céramique

Camouflage infrarouge et furtivité

Matériaux transparents aux ondes radômes

Batteries de satellite

Revêtements anti-oxydation

Substrats en céramique

Coques de vaisseau spatial

Fenêtres de protection pour les systèmes infrarouges

Moteurs d'avion

Génération d'oxygène en haute altitude

Étant donné l'accent mis sur la survie sur le champ de bataille dans la conception des hélicoptères armés, des matériaux d'armure en composite céramique léger sont utilisés dans les sièges et les parties critiques de l'hélicoptère. Les céramiques spécialisées utilisées dans ces applications comprennent principalement des céramiques d'alumine et des céramiques de carbure de bore.

Les céramiques d'alumine offrent une excellente isolation, une non-inflammabilité, une résistance à la corrosion et une durabilité robuste, ce qui les rend moins susceptibles aux dommages. Elles partagent des propriétés exceptionnelles avec d'autres matériaux organiques et métalliques tout en présentant une résistance chimique supérieure à la corrosion et une tolérance aux métaux en fusion. Avec une dureté comparable à celle de la corindon, leur résistance à l'usure rivalise avec celle des alliages ultra-durs.

Le carbure de bore, communément appelé diamant synthétique, est un borure d'une dureté extrêmement élevée. Il peut être utilisé comme revêtement céramique pour les navires de guerre et les hélicoptères en raison de sa légèreté et de sa capacité à résister à la pénétration des projectiles perforants, formant une couche protectrice intégrée grâce au revêtement par projection thermique.

L'ancien hélicoptère Mi-28 soviétique a audacieusement utilisé des céramiques avancées comme matériaux de protection sur sa fuselage et l'extérieur du cockpit. Le design comprend deux couches de blindage, avec des plaques en alliage de titane d'épaisseur considérable intercalées entre elles. Extérieurement, de grandes quantités de céramiques spécialisées ont été utilisées. Les plaques de blindage en céramique ont seulement un tiers de la densité des plaques en alliage de titane mais plus que doublent leur performance défensive. De plus, le cockpit est équipé de verre pare-balles capable de résister aux impacts directs de balles de calibre 12,7 mm et de fragments d'autocanons de calibre 20 mm.

Les roulements en céramique sont largement utilisés dans l'industrie aérospatiale en raison de leurs propriétés exceptionnelles, notamment la résistance aux hautes températures, la tolérance aux basses températures, la résistance à l'usure, la résistance à la corrosion, l'isolation magnétique et électrique, ainsi que la capacité de rotation élevée. Ces roulements sont spécifiquement développés pour les conditions exigeantes de l'industrie aérospatiale, telles que les environnements difficiles, les charges lourdes, les basses températures et les opérations sans lubrification. Ils représentent la combinaison parfaite de nouveaux matériaux, de processus innovants et de conceptions structurales avancées.

La technologie de camouflage et de furtivité infrarouge en céramique implique l'utilisation de matériaux céramiques fonctionnels infrarouges pour réduire ou modifier les caractéristiques de rayonnement infrarouge d'une cible, permettant ainsi d'obtenir une faible détection infrarouge. Ces matériaux possèdent la capacité de modifier les caractéristiques de rayonnement infrarouge, présentant une faible émissivité infrarouge dans les bandes de fenêtre atmosphérique. Dans les domaines infrarouges, ils aident à mélanger la signature infrarouge de la cible avec l'environnement environnant, réalisant une correspondance de terrain infrarouge et minimisant les signaux de signature infrarouge de la cible dans la plus grande mesure possible.

Les matériaux transparents aux ondes aérospatiales (radômes) sont conçus pour protéger les systèmes de communication, de télémétrie, de détonation et de guidage des engins spatiaux, garantissant leur bon fonctionnement dans des conditions environnementales et climatiques difficiles. Les matériaux céramiques en nitrure de silicium poreux offrent une constante diélectrique et une perte diélectrique faibles, une faible densité, une bonne isolation thermique, une résistance appropriée, une longue durée de vie et une absorption relativement faible des ondes radar par rapport à d'autres matériaux céramiques, ce qui les rend très adaptés aux applications aérospatiales transparentes aux ondes.

Pour maximiser la durée de vie des batteries de satellites, des matériaux de séparation en céramique sont nécessaires. Les séparateurs en céramique sont fabriqués à partir de matériaux composites tels que des éléments de terres rares, formés par mélange fin sous vide et frittage à haute température. Ces séparateurs sont résistants aux acides forts et aux alcalis et sont insolubles dans les solutions de bain d'acide chromique.

Les matériaux composites en carbone / carbone sont largement utilisés dans l'aérospatiale pour des composants tels que les tuyères de moteurs de fusées et les disques de frein d'aéronefs en raison de leurs propriétés uniques. Cependant, ils sont sujets à l'oxydation dans des environnements riches en oxygène au-dessus de 400°C, ce qui réduit considérablement leurs performances. Pour remédier à cela, des revêtements céramiques anti-oxydation sont appliqués, offrant une excellente stabilité physique et chimique pour protéger contre l'oxydation.

Pendant la montée d'une fusée à travers l'atmosphère, une friction externe significative se produit, ce qui affecte les capteurs internes tels que les capteurs de température et de pression. Les forces externes génèrent une chaleur importante, et la précision des capteurs de pression est critique. Si les cartes de circuits internes sont endommagées en raison de forces externes, le capteur devient inutile. Les substrats en céramique de zircone, avec leur haute résistance à l'usure et leur résistance à la compression, sont idéaux pour prévenir de tels dommages.

Les revêtements céramiques haute température tels que HfB2, ZrB2 et ZrC sont essentiels pour améliorer la résistance à l'abrasion de la surface et la résistance à l'érosion atmosphérique, en particulier pour les véhicules hypersoniques. Ces céramiques ultra-haute température jouent un rôle crucial dans l'amélioration de la résistance à l'érosion de la surface du véhicule, les rendant irremplaçables pour la protection de la surface des engins spatiaux.

Ce céramique, composé d'oxyde d'yttrium et d'oxyde de magnésium, a été développé conjointement par de jeunes chercheurs de l'Université fédérale d'Extrême-Orient de Russie, de l'Institut de chimie de la branche Extrême-Orient de l'Académie des sciences de Russie, de l'Institut des cristaux uniques de l'Académie nationale des sciences d'Ukraine et de l'Institut de silicate de l'Académie des sciences de Shanghai. Il est utilisé pour les fenêtres de protection des systèmes infrarouges dans l'équipement aérospatial, permettant une transmission de plus de 70% de la lumière infrarouge en dessous de 6000 nm.

Tous les moteurs fonctionnent sur la base du cycle de Carnot, où des températures de gaz plus élevées entraînent une plus grande efficacité. Pour améliorer le rapport poussée-poids et réduire la consommation de carburant dans les moteurs aérospatiaux, augmenter la température d'entrée de la turbine est essentiel. Par conséquent, la recherche sur les céramiques structurales haute température et les composites à matrice céramique est devenue cruciale pour le développement de moteurs aéro à haut rapport poussée-poids. Les entreprises européennes, comme la European Engine Company, ont pris la tête dans la fabrication de matériaux composites pour les systèmes de propulsion de fusées, les fibres céramiques représentant désormais une part importante des structures de fusées et de moteurs.

Les missions de vol modernes durent souvent de nombreuses heures, et les avions de combat ne peuvent pas créer un environnement aussi adaptable pour les pilotes que le font les compagnies aériennes commerciales. En cas d'urgence comme une rupture de la couverture de la cabine, les pilotes doivent continuer à combattre à haute altitude. Cela nécessite un approvisionnement continu en oxygène tout au long de la mission, à la fois pour les conditions de vol normales et en cas d'urgence. Par conséquent, un équipement spécialisé d'approvisionnement en oxygène garantit que les pilotes reçoivent de l'oxygène pur ou enrichi lors de missions de longue durée et en cas d'urgence.