استخدام المواد الخزفية في الأسلحة والمعدات
I. المركبات الخزفية في أنظمة الحماية المدرعة
في مجال الأسلحة والمعدات، أصبحت المركبات الخزفية من المواد الأساسية في أنظمة حماية المدرعات الحديثة بفضل خصائصها الفيزيائية والكيميائية الفريدة. وقد مكّنتها صلابتها العالية وخفة وزنها ومقاومتها الممتازة للصدمات من تبوء مكانة مهمة في تصميم منصات القتال البرية والبحرية والجوية. وفي مجال حماية المركبات المدرعة، عزز استخدام المركبات الخزفية بشكل كبير من قدرتها على البقاء. وبالمقارنة مع الدروع الفولاذية التقليدية، تتميز المركبات الخزفية بكثافة أقل، مما يُخفف وزن الدرع بشكل كبير ويُحسّن من قدرة المركبة على الحركة.
على سبيل المثال، تتمتع الدروع المركبة باستخدام سيراميك الألومينا أو كربيد السيليكون بصلابة تزيد عن 9 على مقياس موس ويمكنها مقاومة اختراق المقذوفات الخارقة للدروع والمقذوفات المتفجرة بشكل فعال.
إن مقاومة المواد الخزفية للتآكل تمكنها من الأداء بشكل ممتاز في البيئات البحرية، مع عمر خدمة يزيد عن 20 عامًا، وهو أطول بكثير من عمر المواد الواقية المعدنية التقليدية.
في تصميم الطائرات العسكرية، يتم استخدام مركبات المصفوفة الخزفية لحماية المكونات الرئيسية مثل جسم الطائرة والحواف الأمامية للأجنحة.
الثاني. المكونات الخزفية المقاومة للحرارة العالية في الصواريخ ومحركات الصواريخ
لا يزال بإمكان سيراميك نتريد السيليكون (سي₃N₄) وكربيد السيليكون (كربيد السيليكون) الحفاظ على قوة انثناء تزيد عن 400 ميجا باسكال في بيئة ذات درجة حرارة عالية تبلغ 1600 درجة مئوية، وهي الخاصية التي تجعلها خيارات مثالية للمكونات ذات درجة الحرارة العالية للمحركات.
في تطبيقات محركات الصواريخ، تم استخدام مركبات المصفوفة الخزفية بنجاح لتصنيع شفرات دوار التوربينات وبطانات غرفة الاحتراق.
يُعزى تحسين كفاءة دفع محركات الصواريخ بشكل مباشر إلى استخدام مواد سيراميكية متطورة. في سلسلة من الاختبارات التي أُجريت بين عامي 2021 و2023، أكدت ناسا أن فوهات سيراميك الألومينا المقواة بالزركونيا (زتا) تتميز بمقاومة ممتازة للصدمات الحرارية في بيئة غازية عالية الحرارة تبلغ 3000 درجة مئوية، مع عمر خدمة أطول من 5 إلى 8 مرات من فوهات المعادن التقليدية.
ثالثًا. سيراميك للصفائح المضادة للرصاص والدروع خفيفة الوزن
في مجال الصفائح المضادة للرصاص، برزت تقنية تهيمن عليها الألومينا وكربيد السيليكون ونتريد السيليكون. ووفقًا لبيانات اختبارات الأداء، تتميز الصفائح الخزفية المضادة للرصاص بأداء متميز من حيث قوة الضغط والشد ومقاومة الصدمات، ويمكنها الصمود بفعالية ضد هجمات الرصاص من مختلف العيارات. وبالمقارنة مع المواد المعدنية التقليدية، تتميز الصفائح الخزفية المضادة للرصاص بخفة وزن ملحوظة، حيث يتراوح نطاق خفض الوزن بين 30% و50%، مما يُحسّن بشكل كبير من قدرة الجنود على الحركة والقدرة القتالية المستدامة.
تطورت حلول الدروع خفيفة الوزن من حماية أحادية الوظيفة إلى تكامل متعدد الوظائف. في المعدات العسكرية الحالية، وبهدف ضمان الأداء الوقائي، نجحت الدروع المركبة الخزفية في خفض الوزن الإجمالي للمركبات المدرعة بنسبة 15% إلى 20%.