W dziedzinie wysokich technologii technologia materiałów jest jednym z kluczowych czynników umożliwiających realizację innych technologii. Wśród nowych materiałów zaawansowane ceramiki zdobyły znaczną uwagę ze względu na ich wyjątkową wytrzymałość, plastyczność, odporność na zużycie, odporność na uderzenia, stabilność w wysokich temperaturach oraz wyjątkowe funkcjonalności elektromagnetyczne, optyczne i chemiczne.

Sektor lotniczy nakłada bardzo rygorystyczne wymagania na wydajność materiałów. Zaawansowane ceramiki, dzięki swojej wytrzymałości w wysokich temperaturach, doskonałej odporności na pękanie, wysokiej twardości, wysokiej wytrzymałości dielektrycznej, wybitnej odporności na wstrząsy termiczne i doskonałych właściwości tribologicznych, są doskonałym wyborem do zastosowań w lotnictwie. Te materiały zapewniają wyjątkową niezawodność mechaniczną, odporność na ciepło i odporność na zużycie.

Pancerz śmigłowca

Łożyska ceramiczne

Niewidzialność podczerwieni i maskowanie.

Materiały przezroczyste dla fal radiowych

Baterie satelitarne

Powłoki antyoksydacyjne

Podłoża ceramiczne

Obudowy statków kosmicznych

Ochronne okna dla systemów podczerwieni

Silniki lotnicze

Wytwarzanie tlenu na dużych wysokościach

Z uwagi na nacisk na przeżywalność na polu walki w projektowaniu śmigłowców bojowych, lekkie materiały zbrojeniowe z kompozytów ceramicznych są stosowane w fotelach i kluczowych częściach śmigłowca. Specjalistyczne ceramiki stosowane w tych zastosowaniach obejmują głównie ceramikę z azotku glinu i ceramikę z węgliku boru.

Aluminiowe ceramiki oferują doskonałą izolację, niepalność, odporność na korozję i wytrzymałość, co sprawia, że są mniej podatne na uszkodzenia. Dzielą one wybitne właściwości z innymi materiałami organicznymi i metalicznymi, jednocześnie wykazując wyższą odporność chemiczną na korozję i tolerancję na stopione metale. Ze względu na twardość porównywalną do korundu, ich odporność na zużycie dorównuje tym z ultra-twardych stopów.

Borokarbide, powszechnie znany jako diament syntetyczny, to borowidek o niezwykle dużej twardości. Może być stosowany jako powłoka ceramiczna do okrętów wojennych i śmigłowców ze względu na swoją lekkość i zdolność do odporności na penetrację przez pociski przeciwpancerne, tworząc zintegrowaną warstwę ochronną poprzez termiczną powłokę natryskową.

Dawny radziecki śmigłowiec Mi-28 śmiało wykorzystywał zaawansowane ceramiki jako materiały ochronne na kadłubie i zewnętrznej części kokpitu. Projekt obejmuje dwie warstwy pancerza, z grubymi płytami ze stopu tytanu między nimi. Na zewnątrz zastosowano duże ilości specjalistycznych ceramik. Płyty pancerza ceramicznego mają tylko jedną trzecią gęstości płyt ze stopu tytanu, ale więcej niż podwójną ich wydajność obronną. Dodatkowo, kokpit wyposażony jest w kuloodporną szybę zdolną wytrzymać bezpośrednie trafienia z pocisków kalibru 12,7 mm i odłamków z automatycznych działek kalibru 20 mm.

Łożyska ceramiczne są powszechnie stosowane w przemyśle lotniczym ze względu na ich wyjątkowe właściwości, w tym odporność na wysoką temperaturę, tolerancję na niską temperaturę, odporność na zużycie, odporność na korozję, izolację magnetyczną i elektryczną oraz zdolność do wysokich prędkości obrotowych. Te łożyska są specjalnie opracowane dla wymagających warunków przemysłu lotniczego, takich jak trudne środowiska, duże obciążenia, niskie temperatury i operacje bez smarowania. Stanowią one doskonałe połączenie nowych materiałów, innowacyjnych procesów i zaawansowanych konstrukcji strukturalnych.

Technologia kamuflażu i maskowania podczerwieni ceramicznej polega na wykorzystaniu ceramicznych materiałów funkcjonalnych do zmniejszenia lub zmiany charakterystyk promieniowania podczerwonego celu, co umożliwia osiągnięcie niskiej wykrywalności podczerwonej. Te materiały posiadają zdolność modyfikowania charakterystyk promieniowania podczerwonego, wykazując niską emisyjność podczerwoną w pasmach okna atmosferycznego. W dziedzinie podczerwieni pomagają one zblendować sygnaturę podczerwoną celu z otoczeniem, osiągając dopasowanie terenu podczerwieni oraz minimalizując sygnały sygnatury podczerwonej celu w największym możliwym stopniu.

Materiały ceramiczne z porowatego azotku krzemu zapewniają niską stałą dielektryczną i straty dielektryczne, niską gęstość, dobrą izolację cieplną, odpowiednią wytrzymałość, długą żywotność i stosunkowo niskie pochłanianie fal radarowych w porównaniu z innymi materiałami ceramicznymi, co czyni je bardzo odpowiednimi do zastosowań w transparencji fal w przemyśle lotniczym.

Aby zwiększyć żywotność baterii satelitarnych, wymagane są materiały ceramiczne do separacji. Separatory ceramiczne są wykonane z materiałów kompozytowych, takich jak pierwiastki ziem rzadkich, formowane poprzez mieszanie w próżni i wysokotemperaturowe spiekanie. Te separatory są odporne na silne kwasy i zasady oraz są nierozpuszczalne w roztworach kwasu chromowego.

Materiały kompozytowe węgla/węgla są szeroko stosowane w przemyśle lotniczym do komponentów takich jak dysze silników rakietowych i tarcze hamulcowe samolotów ze względu na ich unikalne właściwości. Jednak są one podatne na utlenianie w środowiskach bogatych w tlen powyżej 400°C, co drastycznie zmniejsza ich wydajność. Aby temu zaradzić, nakładane są ceramiczne powłoki antyoksydacyjne, zapewniające doskonałą stabilność fizyczną i chemiczną w celu ochrony przed utlenianiem.

Podczas wznoszenia rakiety przez atmosferę występuje znaczne tarcie zewnętrzne, które wpływa na wewnętrzne sensory, takie jak sensory temperatury i ciśnienia. Zewnętrzne siły generują znaczną ilość ciepła, a dokładność sensorów ciśnienia jest kluczowa. Jeśli płytki obwodów wewnętrznych zostaną uszkodzone z powodu sił zewnętrznych, sensor staje się bezużyteczny. Podłoża ceramiczne z cyrkonii, dzięki swojej wysokiej odporności na zużycie i wytrzymałości na ściskanie, są idealne do zapobiegania takim uszkodzeniom.

Wysokotemperaturowe powłoki ceramiczne, takie jak HfB2, ZrB2 i ZrC, są niezbędne do zwiększenia odporności na ablacje powierzchni oraz odporności na erozję atmosferyczną, zwłaszcza dla pojazdów hipersonicznych. Te ultrawysokotemperaturowe ceramiki odgrywają kluczową rolę w poprawie odporności na erozję powierzchni pojazdu, co czyni je niezastąpionymi dla ochrony powierzchni statków kosmicznych.

Ten ceramiczny, składający się z tlenku itru i tlenku magnezu, został wspólnie opracowany przez młodych naukowców z Dalekowschodniego Federalnego Uniwersytetu Rosyjskiego, Instytutu Chemii Rosyjskiej Akademii Nauk Oddziału Dalekiego Wschodu, Instytutu Kryształów Jednokrystalicznych Ukraińskiej Akademii Nauk oraz Instytutu Krzemianów Chińskiej Akademii Nauk w Szanghaju. Jest on używany do okien ochronnych systemów podczerwieni w sprzęcie kosmicznym, umożliwiając ponad 70% transmisji światła podczerwonego poniżej 6000 nm.

Wszystkie silniki działają na zasadzie cyklu Carnota, gdzie wyższe temperatury gazu prowadzą do większej wydajności. Aby poprawić stosunek ciągu do masy i zmniejszyć zużycie paliwa w silnikach lotniczych, kluczowe jest zwiększenie temperatury wlotowej turbiny. Dlatego badania nad wysokotemperaturowymi ceramikami strukturalnymi i kompozytami ceramicznymi stały się kluczowe dla rozwoju silników lotniczych o wysokim stosunku ciągu do masy. Europejskie firmy, takie jak Europejska Firma Silnikowa, przejęły inicjatywę w produkcji materiałów kompozytowych do systemów napędowych rakiet, a włókna ceramiczne stanowią teraz znaczną część struktur rakiet i silników.

Nowa generacja misji lotniczych trwa często wiele godzin, a samoloty bojowe nie mogą stworzyć dla pilotów tak adaptacyjnego środowiska jak linie lotnicze komercyjne. W przypadku nagłych wypadków, takich jak pęknięcie osłony kabiny, piloci muszą kontynuować walkę na dużych wysokościach. Wymaga to ciągłego dostarczania tlenu przez całą misję, zarówno w warunkach normalnego lotu, jak i w sytuacjach awaryjnych. Dlatego specjalistyczny sprzęt do dostarczania tlenu zapewnia, że piloci otrzymują czysty lub wzbogacony tlen podczas misji trwających długo i w sytuacjach awaryjnych.