陶瓷材料领域的研究与开发
军用车辆传统上由重型，昂贵但高强度的装甲钢制成。 现代陶瓷复合材料越来越多地用作战斗车辆的非轴承保护。 这种材料的主要优点是成本低得多，保护性能提高，重量减轻两倍以上。 考虑今天用于防弹保护的现代基本陶瓷材料。
由于其能够承受非常高的温度，远大于金属的硬度，最高的比强度和比刚度，陶瓷广泛用于制造发动机衬里，火箭组件，工具的切边，特殊的透明和不透明保护，这当然是其中之一军事系统发展的优先领域。 然而，在未来，其范围应该显着扩大，因为在世界上许多国家进行的研究和开发的一部分正在寻找新的方法来改善延展性，抗裂性和其他所需的机械性能，因为陶瓷基体与所谓的陶瓷中的增强纤维相结合复合材料（KMKM）。 此外，新的制造技术将允许大规模生产非常耐用，高质量的复杂形状和大尺寸的透明产品，这些产品由透射可见光和红外波的材料制成。 此外，使用纳米技术创造新结构将使得有可能获得耐用且轻质，超高抗性，耐化学性并且同时几乎不可破坏的材料。 今天这种性质的组合被认为是相互排斥的，因此对军事用途非常有吸引力。
在制造巡逻装甲车辆时，MASTIFF使用的是由复合陶瓷制成的装甲，以及传统金属
陶瓷基复合材料（CMCM）
与其聚合物类似物一样，CMCM由称为基质的基础材料和增强填料组成，增强填料是另一种材料的颗粒或纤维。 纤维可以是连续的或离散的，随机取向的，以精确的角度铺设，以特殊的方式缠绕在一起以在预定方向上获得增加的强度和刚度或在所有方向上均匀分布。 然而，不是材料的组合或纤维的取向，基质和增强组分之间的连接对于材料的性质是至关重要的。 由于聚合物与其增强材料相比具有较低的刚度，因此基质和纤维之间的连接通常非常强，以至于它允许材料整体抵抗弯曲。 然而，在CMCM的情况下，基质可以比增强纤维更硬，使得以类似的方式优化的结合力允许纤维和基质的小的“离域”，例如有助于吸收冲击能量并且防止裂缝的发展，否则脆性断裂和开裂。 与纯陶瓷相比，这使得CMEC更加粘稠，这是高负荷运动部件（例如喷气发动机部件）中最重要的特性。
轻型和热式涡轮叶片
今年2月，GE航空公司宣布成功测试所谓的“世界首个用于飞机发动机的非静态CMCM零件”，尽管该公司没有透露用于基体和增强材料的材料。 我们正在谈论F2015涡扇发动机的实验样品中的低压涡轮叶片，其开发旨在进一步确认材料是否符合在高冲击载荷下操作的规定要求。 该活动作为下一代自适应发动机AETD（自适应发动机技术演示器）的开发计划的一部分进行，其中GE与美国空军研究实验室合作。 AETD计划的目标是提供可在第六代战斗机发动机中实施的关键技术，并在第五代发动机的414-s中间开始，例如F-2020。 自适应发动机将能够调节其在飞行中的压力增加程度和旁路程度，以便在起飞和战斗期间获得最大推力或在巡航飞行模式中获得最大燃料效率。
该公司强调，将CMCM中的旋转部件引入喷气发动机的“最热和重负荷”部件是一项重大突破，因为此前该技术仅允许将CMEC用于制造固定部件，例如高压涡轮绷带。 在测试期间，来自F414发动机中CMCM的涡轮叶片经过500循环 - 从怠速到起飞推力和后退。
据该公司称，涡轮叶片比由镍合金制成的传统叶片轻得多，这使得它们所连接的金属盘更小更轻。
“从镍合金到发动机内部的旋转陶瓷的过渡是一个非常大的飞跃。 但这是纯机械，“GE航空公司的KMTM和聚合物粘合剂负责人Jonathan Blank说。 - 较轻的叶片产生较小的离心力。 这意味着您可以减少磁盘，轴承和其他部件。 KMKM允许对喷气发动机的设计进行革命性的改变“。
AETD计划的目标是将特定油耗降低25％，使飞行范围增加超过30％，并且与最先进的10一代战斗机相比，最大推力增加5％。 “从CMCM到静态部件向旋转部件过渡的主要问题之一可以称为应力场，它们应该起作用，”GE航空公司先进作战引擎项目经理Dan McCormick说。 与此同时，他补充说，测试F414引擎产生了将在自适应循环引擎中使用的重要结果。 “CMPM的低压涡轮叶片重量比它取代的金属叶片重三倍，而在第二种经济模式下，无需用空气冷却CMEC叶片。 从空气动力学的角度来看，叶片现在将更加高效，因为不需要迫使所有这些冷却空气通过它。“
来自CMC的材料，根据该公司的说法，自90开始以来已经投资超过10亿美元，它可以承受比传统镍合金高几百度的温度，并且通过在陶瓷基体中增强碳化硅纤维来区分这增加了它的冲击强度和抗裂性。
通用电气似乎对这些涡轮叶片的工作非常努力。 毕竟，KMKM的一些机械性能非常适中。 例如，拉伸强度与铜和廉价铝合金的拉伸强度相当，这对于具有大离心力的部件来说不是很好。 另外，它们在断裂时表现出少量的变形，即，当被破坏时，它们非常轻微地延长。 然而，这些缺点似乎已经被克服，这些材料的低质量无疑对新技术的胜利做出了重要贡献。
内置电机电路ADVENT（ADaptive Versatile ENgine Technology - 自适应通用电机技术）位于俄亥俄州GE工厂的测试台上
模块化纳米陶瓷装甲 短歌 LEOPARD 2
复合装甲的贡献
虽然保护技术是金属，纤维增强聚合物复合材料和陶瓷层的组合，但是很发达，但是工业仍在继续开发越来越复杂的复合材料，但是这个过程的许多细节都被仔细地隐藏了。 摩根先进材料公司是这一领域的知名公司，去年宣布它在伦敦的装甲车辆XV会议上获得了SAMAC保护技术奖。 根据摩根广泛使用的英国军用机器，SAMAC防护是一种复合材料，用S-2玻璃，E玻璃，芳纶和聚乙烯等材料增强，然后形成片状并在高压下固化：“纤维可以组合采用混合陶瓷金属材料，以满足特定的设计和性能要求。“
根据Morgan的说法，用于制造机组保护胶囊的总厚度为25 mm的SAMAC装甲与使用钢制胶囊的机器相比，可以将轻质保护机器的重量减轻超过1000 kg。 其他优点包括简化修复，厚度增加小于5 mm，以及该分裂块的固有特性。
明确的尖晶石进展
根据美国海军研究实验室的说法，开发和生产基于镁铝的透明材料（MgAI2O4），也就是人工尖晶石的通用名称，正在蓬勃发展。 长期以来人们都知道尖晶石的耐用性 - 0,25英寸厚尖晶石具有与防弹玻璃2,5英寸相同的弹道特性 - 而且制造具有均匀透明度的大尺寸零件的复杂性。 然而，该实验室的一组科学家发明了一种真空低温烧结的新工艺，可以获得尺寸仅受压力机尺寸限制的零件。 与先前的制造工艺相比，这是一个重大的突破，这是从熔化坩埚中熔化原始粉末的过程中引出的。
热压机在美国海军研究实验室的尖晶石实验室
新工艺的一个秘诀是来自氟化锂（LiF）的烧结添加剂的均匀分布，其熔化并“润滑”尖晶石颗粒，使得它们在烧结过程中可以均匀分布。 实验室开发了一种用氟化锂均匀涂覆尖晶石颗粒的方法，而不是氟化锂粉末和尖晶石的干混合。 这使您可以显着降低LiF的消耗，并将透射率提高到可见光和中红外光谱区域（99-0,4微米）中理论值的5％。
一种新工艺，可以生产各种形状的光学器件，包括适合飞机机翼或 无人机, 由一家未具名的公司授权。 尖晶石的可能用途包括重量比现有玻璃轻两倍的装甲玻璃、士兵防护面具、下一代激光光学器件和多光谱传感器眼镜。 随着智能手机和平板电脑防裂眼镜等产品的量产，尖晶石产品的成本将大幅下降。
PERLUCOR - 子弹和磨损保护系统的新里程碑
耐刮擦性测试
几年前，CeramTec-ETEC开发了PERLUCOR透明陶瓷，在国防和民用领域都有很好的应用前景。 PERLUCOR卓越的物理化学和机械性能是该材料成功进入市场的主要原因。
PERLUCOR相对透明度超过90％，比普通玻璃强三到四倍，这种材料的耐热性大约高三倍，这使得它可以在高达1600°C的温度下使用，它还具有极高的耐化学性，它可以让你使用它含有浓酸和碱。 PERLUCOR具有高折射率（1,72），可以让您制作光学镜片和微型尺寸的光学元件，即获得具有强大增益的装置，这是聚合物或玻璃无法实现的。 PERLUCOR瓷砖标准尺寸为90x90 mm; 然而，CeramTec-ETEC已经开发出一种技术，可以根据这种格式生产符合客户要求的复杂形状的板材。 在特殊情况下，面板的厚度可以是十分之一毫米，但通常是2-10 mm。
为国防市场开发更轻，更薄的透明保护系统正在迅速发展。 SegamTes公司的透明陶瓷为这一过程做出了重大贡献，该公司是许多制造商保护系统的一部分。 根据STANAG 4569或APSD的标准测试的这种系统的重量减少量为30-60％。
近年来，SegatTes-ETEC开发的技术的另一个发展方向已初具规模。 车窗玻璃，特别是在阿富汗等多岩石和沙漠地区，容易在沙尘飞扬的挡风玻璃上行驶的挡风玻璃刮水片刮擦石头并刮伤。 而且，已经被石头击打损坏的防弹玻璃的弹道特性降低了。 在敌对行动中，玻璃受损的车辆会遭受严重的不可预测的风险。 SegamTes-ETEC已开发出一种真正创新的原始解决方案来保护玻璃免受此类磨损。 在挡风玻璃表面上涂一层薄薄的PERLUCOR陶瓷涂层（<1毫米）有助于成功抵抗这种损坏。 此保护也适用于光学仪器，例如望远镜，透镜，红外设备和其他传感器。 由PERLUCOR透明陶瓷制成的平透镜和曲面透镜可延长这种高度有价值和敏感的光学设备的使用寿命。
CeramTec-ETEC在伦敦的DSEI 2015展会上成功推出了由防弹玻璃和防刮擦门板制成的门板。
Saint-Gobain的蓝宝石透明保护系统符合不同级别的防弹保护，同时重量和厚度均低于传统的防弹玻璃。
坚固而灵活的纳米陶瓷
灵活性和弹性不是陶瓷固有的品质，但由加州理工学院材料科学与力学教授Julia Greer领导的一组科学家决定解决这个问题。 研究人员将这种新材料描述为“耐用，轻质，可再生的三维陶瓷纳米网格”。 然而，几年前Greer和她的学生在科学期刊上发表了同一篇文章。
隐藏在此之下的是用由电子显微镜拍摄的由几十微米大小的氧化铝纳米网格制成的立方体最好地说明的。 在负载的作用下，它被85％压缩，当它被移除时，它恢复到原始大小。 还用由不同厚度的管组成的格栅进行实验，最薄的管是最强和最有弹性的。 当50纳米管的壁厚被破坏时，晶格被破坏，并且当10纳米的壁厚恢复到其原始状态时，尺寸效应如何增加一些材料的强度的实例。 该理论通过以下事实解释了这一点：随着尺寸的减小，散装材料中的缺陷数量成比例地减少。 采用这种结构，99,9空心管格子代表％空气体积。
Greer教授的团队创建了这些微小的结构，开始了类似于3D打印的过程。 每个过程都以CAD文件开始，该文件控制两个激光器，这些激光器在三维空间中“绘制”一个结构，在光束相位相互放大的点处硬化聚合物。 未固化的聚合物从固化的晶格流出，现在成为形成最终结构的基板。 接下来，研究人员使用一种可以精确控制涂层厚度的方法将氧化铝涂在基材上。 最后，切割晶格末端以除去聚合物，仅留下空心氧化铝管的晶格。
根据加州理工学院教授朱莉娅格里尔的说法，纳米网格具有超低质量和优异的机械稳定性，同时具有巨大的表面积
钢的强度，重量像空气
这种“工程”材料的潜力，其体积主要由空气组成，但不像钢一样耐用，是巨大的，但难以理解，因此Greer教授引用了几个生动的例子。 第一个例子是气球，氦气被抽出，但同时保持其形状。 第二架，未来的飞机，其设计重量与其手动模型的重量相当。 最令人惊讶的是，如果着名的金门大桥由类似的纳米网格制成，其构造所需的所有材料都可以放置在人体手掌上（没有空气）。
正如这些耐用，轻质和耐热材料的巨大结构优势适用于无数军事应用，其预定的电气特性可以彻底改变储存和能量产生：“这些纳米结构具有非常小的质量，机械稳定性，同时面积很大表面，即我们可以在许多电化学类型的应用中使用“。
这些包括用于电池和燃料电池的极其高效的电极，它们是自给式电源，便携式和便携式发电厂的珍贵目标，以及太阳能电池技术的真正突破。
“你也可以在这方面称光子晶体，”格里尔说。 “这些结构允许你以完全捕捉它的方式操纵光线，也就是说，你可以制造更高效的太阳能电池 - 你可以捕获所有光线并且没有反射损失。”
“这一切都表明，纳米材料和结构元素的尺寸效应的结合使我们能够创造出具有尚未实现的性质的新型材料，”瑞士欧洲核研究组织的Greer教授说。 “我们面临的最大问题是如何扩大规模，从纳米扩展到世界规模。”
在复合保护系统中，陶瓷通常作为外层安装，优选垂直于预期的威胁。 来自聚芳酰胺，聚乙烯或聚丙烯的聚合物纤维形成复合基材。 通过浸渍和固化粘合剂材料来实现增加单个聚合物层的刚性和结构强度。 正确选择粘合剂，例如增塑橡胶，聚氨酯或环氧树脂，会导致高硬度（根据肖氏硬度），因此可以针对某些威胁优化所需的机械性能。
工业透明陶瓷保护
IBD Deisenroth Engineering开发出透明陶瓷保护，其弹道特性与不透明陶瓷装甲相当。 这种新型透明保护装置在约70％铠装玻璃上更轻，并且可以组装成具有与不透明装甲相同的多冲击特性（能够承受多次撞击）的结构。 这不仅可以大幅减少大窗户车辆的质量，还可以关闭所有弹道间隙。
为了获得符合STANAG 4569标准的保护，3铠装玻璃水平仪的表面密度约为200 kg / m2。 卡车窗的典型面积为3平方米，防弹玻璃的重量为600 kg。 当在IBD陶瓷上更换这种装甲玻璃时，重量减少将超过400 kg。 IBD透明陶瓷是IBD NANOTech陶瓷的进一步发展。 IBD成功开发了用于组装瓷砖（“马赛克透明装甲”）的特殊技术装订工艺，然后将这些组件与坚固的基层层压在一起，形成大型窗板。 由于该陶瓷材料的突出特性，可以制造具有显着较轻重量的透明装甲板。 与天然纳米纤维层压材料结合的基材由于其更大的能量吸收而进一步增强了新透明保护的防弹特性。
OSG公司的新技术ADI在机器内部提供了无碎片环境，同时它可以显着提高透明装甲的预期使用寿命，从而延长了玻璃窗户的保修期
以色列公司OSG（奥兰安全玻璃公司）针对全球日益增加的不稳定性和紧张局势，开发了各种防弹玻璃产品。 它们专门用于国防和民用领域，军事，准军事团体，高风险民用职业，建筑和汽车工业。 该公司向市场推广以下技术：透明保护解决方案，防弹保护解决方案，额外的先进透明装甲系统，数字可视窗，紧急出口窗，带彩色显示技术的陶瓷窗，集成光指示系统，抗冲击玻璃板石头，最后，反分裂技术ADI。
OSG透明材料在现实生活中不断进行测试：抵御物理和弹道攻击，拯救生命和保护财产。 所有装甲透明材料均按照主要国际标准制造。
使用的材料：
www.shephardmedia.com
www.geaviation.com
www.osg.co.il
www.morganadvancedmaterials.com
www.nrl.navy.mil
www.ceramtec.com
www.caltech.edu
www.ibd-deisenroth-engineering.de
www.saint-gobain.com
www.wikipedia.org
ru.wikipedia.org
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