Toepassing van keramische materialen in wapens en uitrusting
I. Keramische composieten in gepantserde beschermingssystemen
Op het gebied van wapens en uitrusting zijn keramische composieten dankzij hun unieke fysische en chemische eigenschappen een van de belangrijkste materialen geworden voor moderne pantserbeschermingssystemen. Hun hoge hardheid, lichtgewicht karakter en uitstekende slagvastheid hebben ze in staat gesteld een belangrijke rol te spelen in het beschermende ontwerp van land-, zee- en luchtgevechtsplatforms. Wat betreft de bescherming van gepantserde voertuigen heeft de toepassing van keramische composieten de overlevingskansen van gevechtsvoertuigen aanzienlijk verbeterd. Vergeleken met traditionele stalen pantsersystemen hebben keramische composieten een lagere dichtheid, wat het gewicht van het pantser aanzienlijk kan verminderen en de mobiliteit van het voertuig kan verbeteren.
Composietpantsering met aluminiumoxide of siliciumcarbidekeramiek heeft bijvoorbeeld een hardheid van meer dan 9 op de schaal van Mohs en is effectief bestand tegen de penetratie van pantserdoorborende projectielen en explosief gevormde projectielen.
Dankzij de corrosiebestendigheid van keramische materialen zijn ze uitermate geschikt voor maritieme omgevingen. Ze gaan namelijk ruim 20 jaar mee, wat veel langer is dan de levensduur van traditionele metalen beschermingsmaterialen.
Bij het ontwerp van militaire vliegtuigen worden keramische matrixcomposieten gebruikt voor de bepantsering van belangrijke onderdelen, zoals de romp en de voorranden van vleugels.
II. Hogetemperatuurbestendige keramische componenten in raketten en raketmotoren
Keramiek van siliciumnitride (Si₃N₄) en siliciumcarbide (SiC) kan bij hoge temperaturen van 1600 °C nog steeds een buigsterkte van ruim 400 MPa behouden. Deze eigenschap maakt ze tot de ideale keuze voor hogetemperatuurcomponenten van motoren.
Bij toepassingen in raketmotoren worden keramische matrixcomposieten met succes gebruikt voor de productie van turbinerotorbladen en verbrandingskamerbekledingen.
De verbetering van de voortstuwingsefficiëntie van raketmotoren profiteert direct van de toepassing van geavanceerde keramische materialen. In een reeks tests, uitgevoerd tussen 2021 en 2023, bevestigde NASA dat keramische nozzles van zirkoniumoxide (ZTA) een uitstekende thermische schokbestendigheid vertonen in een gasomgeving met hoge temperaturen van 3000 °C, met een levensduur die 5 tot 8 keer langer is dan die van traditionele metalen nozzles.
III. Keramiek voor kogelwerende platen en lichtgewicht bepantsering
Op het gebied van kogelwerende platen is een technische route ontstaan die wordt gedomineerd door aluminiumoxide, siliciumcarbide en siliciumnitride. Volgens prestatietestgegevens vertonen keramische kogelwerende platen uitstekende prestaties op het gebied van druksterkte, treksterkte en slagvastheid, en zijn ze effectief bestand tegen aanvallen met kogels van verschillende kalibers. Vergeleken met traditionele metalen materialen hebben keramische kogelwerende platen een aanzienlijk lichtgewichtvoordeel, met een gewichtsreductie van 30% tot 50%, wat de mobiliteit en het aanhoudende gevechtsvermogen van individuele soldaten aanzienlijk verbetert.
Lichtgewicht pantseroplossingen zijn geëvolueerd van bescherming met één functie naar multifunctionele integratie. In de huidige militaire uitrusting heeft keramisch composietpantser, met als doel beschermende prestaties te garanderen, het totale gewicht van gepantserde voertuigen met 15% tot 20% verminderd.