中国粉体网讯 先进陶瓷材料具有质轻、高硬度(耐磨)、高熔点(耐高温)、化学稳定性好(耐腐蚀)、高强度、高模量及耐低温等优异性能，在航空发动机轻质高性能热端部件以及热防护系统部件等航空飞行器结构中的应用重要性日益凸显。
陶瓷基复合材料
陶瓷基复合材料具有轻质、耐高温、抗氧化及隔热等优点，在航天航空领域，陶瓷基复合材料的应用几乎覆盖了整个产业链。航空飞行器领域热端区域部件常见陶瓷基复合材料(Al2O3f/Al2O3复材、SiCf/SiC复材)与高温合金。Al2O3f/Al2O3复材，相比高温合金，密度更低、耐温能力更高；相比SiCf/SiC复材，成本更低、抗氧化性能更好，因此美军现有直升机排气系统正逐步采用Al2O3f/Al2O3复材替代原有高温合金材料制备。
轻型直升机 Al2O3f/Al2O3复材尾喷管
SiCf/SiC复合材料具有轻质、高强韧、耐高温、抗氧化等优异的综合性能，是在航空涡轮发动机热端部件和新型空天飞行器防热结构等领域具有广泛应用前景的先进材料。在飞机动力系统方面，SiCf/SiC为代表的陶瓷纤维增韧陶瓷基复合材料的密度为2.5～3.0g/cm3，仅为镍基高温合金的30%左右，但工作温度较高温合金提高了400～500℃，可以满足发动机对高推重比的需求。
陶瓷基复合材料技术路线对比
来源：观研天下
此外，氮化物陶瓷基复合材料是目前航天透波领域研究的热点和重要方向之一。氮化物陶瓷基复合材料是以AlN、BN、Si3N4、SiBN 等氮化物陶瓷为基体，通常选用晶须、纳米线、连续纤维（如碳纤维、石英纤维、氮化物纤维）或陶瓷颗粒作为增强相所制备的一类复合材料。该材料继承了氮化物陶瓷优异的高温力学性能、热稳定性、抗热震性、耐磨性和耐烧蚀性等，在航空航天、国防军工、机械电子、车辆工程、能源化工等领域有着十分广阔的应用前景。
陶瓷刀具
在航空发动机领域，高温合金材料的使用非常广泛，涵盖高压压气机、燃烧室、涡轮、涡轮后机匣及加力燃烧室等高温部件。高温合金材料硬度大、加工刀具磨损量大，零件的冷加工对刀具的依赖程度高。实现高质量、高效率且低成本加工高温合金零部件，是现代航空制造业不断追求的目标。
近年来随着航空制造业的迅速发展，传统硬质合金刀具已难以满足生产需要，特别是在航空发动机制造领域，陶瓷刀具以其优良的切削性能和高的性价比得到越来越广泛的应用。陶瓷材料具有高硬度、热硬性和耐磨性的特点。陶瓷刀具的化学稳定性、抗氧化能力等均优于硬质合金，非常适合干式连续高速切削高温合金、淬硬钢、轴承钢、高强度钢等难加工材料。对于航空发动机中高温合金的应用以及盘轴类零件使用较多的情况，陶瓷刀具可充分发挥其优势。
空心陶瓷微珠
随着现代航空发展需求轻量化，多功能于一身等特点，仅靠高分子树脂很难达到上述多功能材料一体化。陶瓷空心微珠是一种内核为半真空、外层为陶瓷的中空结构的化工新材料。具有密度小、吸油率低，导热系数低，流动性好，化学稳定性高、隔音性好、阻燃性、电绝缘性好且硬度高等特点，被誉为“新时代空间材料”。
E-SPHERES空心陶瓷微珠，来源：大连义邦
这些年来中空陶瓷微珠在国内外已成为较为热门的工程用材料，同时在我国也已经成为人们研究的重点材料之一。大连义邦引入的中空陶瓷微珠与通常的填料相比其几何尺寸是较为完整的中空球体，粒度为20~500微米，导热系数0.1瓦/米/°C，熔点1800°C，主要成分是由SiO2和Al2O3构成。它们具有很好的流动性，对于填充树脂基复合材料具有很强的收缩纹理特性。
空心陶瓷微珠作为新型无机粉末填料可用于各类航空特种高性能玻璃纤维，可用于结构加固的主要和次要承重结构件，如眩光层压板、直升机旋翼等；适用于具有特殊电气性能要求的功能性结构部件，如机头罩、天线罩、雷达罩和次承力结构件及阻燃玻纤内饰材料等。此外，空心陶瓷微珠作为隔音材料也被用于航空领域，针对以上玻纤纤维复合材料，空心陶瓷微珠在复材增强、减重、绝缘、保温、隔热等应用中，都可以作为填料形式改善复合材料各项性能，形成新型多功能复合材料。
堇青石陶瓷
堇青石最突出的便是优异的热稳定性（温度变化时尺寸变化极小）、抗热震性（能经受住快速的温度变化而不容易开裂）以及机械性能（比低热膨胀玻璃高1.5至2倍），常用于工业窑具、催化剂载体。
随着卫星传感器进步，数据量增长，空间基础设施面临高速大容量通信挑战。激光光通信因速度快、容量大而备受瞩目。但传统镜片在宇宙环境中无法保持长期稳定的尺寸精度，堇青石材料凭借优异的性能成为了理想的替代品，走上高端领域。
京瓷的“精细堇青石”陶瓷镜被首次替代低热膨胀玻璃用于国际空间站（ISS）与地球移动光学站之间光通信实验设备，引起业界关注。同时，京瓷还与京都产业大学、PhotoCross株式会社合作，为实现世界首例搭载大型轻量化堇青石镜的反射望远镜，京瓷负责使用其开发的堇青石材料制造的大型非球面凹面镜（以及小型凸面镜）。
陶瓷涂层材料
热障涂层（TBCs）是先进燃气涡轮发动机核心热端部件高压涡轮叶片的关键技术，已经在航空发动机和地面燃气轮机上获得成功应用的热障涂层陶瓷隔热层材料为氧化钇部分稳定氧化锆（YSZ）。由于受高温稳定性、隔热性能等的局限，YSZ已不能满足下一代航空发动机的发展要求。
目前，绝大部分高熵热障涂层陶瓷材料中的高熵设计均以稀土元素为主，这是由于镧系元素具有原子尺寸差异小、性质相似的特点，更有利于形成稳定的单相固溶体，从而达到调控材料综合性能的目的。其中，高熵稀土锆酸盐陶瓷均具有良好的高温相稳定性、良好的抗烧结性以及超低的热导率，高熵稀土锆酸盐在诸多综合性能的组合上达到了较好的平衡。
几种典型高熵热障涂层陶瓷材料性能优缺点的对比
为满足下一代高推重比、低油耗比的高性能航空发动机的研制需求，新一代热障涂层陶瓷候选材料层出不穷。可以预见，高熵稀土锆酸盐、高熵稀土钽酸盐和高熵稀土氧化物等是未来新型热障涂层陶瓷层较有潜力的几种代表材料。
高导热陶瓷
伴随着我国航空航天事业的跨越式发展，航空航天器用超大规模集成电路及电子器件正朝向微型化、集成化、高频化、高可靠性的方向发展，器件的发热量显著增加，散热问题逐渐凸显。
来源：臻璟新材料
氮化铝陶瓷具有优异的导热性而被广泛应用于航天电子的各个领域。如覆铜基板材料、电子封装材料、超高温器件封装材料、高功率器件平台材料、高频器件材料、传感器薄膜材料、涂层及功能增强材料等。此外，氮化铝在谐振器中具有广阔应用前景，航天器件中如星载加速度计、陀螺仪、振荡器、滤波器均可以选择氮化铝谐振器。
小结
除此以外，先进陶瓷在航天航空领域的应用还有很多，如压电陶瓷器件、电子陶瓷、透明陶瓷等等均有应用在航天航空领域中。随着科技的不断进步和应用的推广，先进陶瓷材料在航空航天领域的应用前景将更加广阔，对推动航空航天技术的发展和提高航空航天器的性能将发挥越来越重要的作用。因此，研究和开发先进陶瓷材料对于航空航天领域的发展具有深远的意义。
来源：
梁永朝：陶瓷刀具在航空零部件上的应用
马宇等：飞行器陶瓷基复合材料轻量化结构设计研究进展
罗学维等：高熵热障涂层陶瓷材料研究进展
谌广昌等：直升机特定结构先进陶瓷材料研究进展与应用展望
复合材料前沿：航天透波复合材料应用及发展
观研天下、中国粉体网
（中国粉体网编辑整理/空青）
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