توسعه ي تکنولوژي هاي نظامي پيشرفته به کمک علم سراميک

مواد سراميکي گوناگوني راه خود را براي ورود به وسايل نظامي و تکنولوژي هاي ديگر، پيدا کرده اند. اجزاي موتور (engine components)، پوشش هاي محافظت کننده پرتابه ها از رادار (missile radomes)، زره هاي شخصي و زره هاي مخصوص وسايل نقليه تنها قسمت کوچکي از اين کاربردهاست. در 50 سال گذشته، سراميک ها براي محافظت پرسنل و وسايل سبک نظامي در برابر سلاح هاي سبک و تهديدات سلاح هاي جنگي، استفاده شده است.

خواص متمايز سراميک هاي پيشرفته (advanced ceramics) شامل موارد زير مي شود:
1- سبکي (light weight)
2- توانايي مقاومت در برابر دماهاي خيلي بالا
3- سختي (hardness)
4- مقاومت در برابر سايش
5- مقاومت در برابر خوردگي
6- سطوح کم اصطکاک
7- خواص الکتريکي ويژه
اين خواص ممتاز موجب برتري سراميک ها در برابر مواد مرسوم در توليد جنگ افزارهاي نظامي مانند فلزات و پلاستيک ها است. به همين دليل، سراميک ها شالوده اي براي توليد سبک ترين و بادوام ترين زره هاي مخصوص بدن انسان است. اين زره هاي مخصوص بدن براي محافظت در برابر گلوله هاي متوسط و کوچک مناسب هستند. براي توليد اين زره ها ترکيباتي بهينه از سيليسيم کاربيد و بورکاربيد براي محافظت حداکثري از بدن استفاده مي شود که اين مواد در حالت گرم پرس مي شوند. سيستم هاي زرهي کامل که شامل صندلي هاي زرهي سراميکي، اجزا و سيستم هاي کنترل هواپيماست، در هلي کوپترهايي مانند Apache, Chinook, Blakhawk, Super Cobra, Super Puma, Gazelle و ديگر انواع هلي کوپترهاي نظامي ديده مي شود. قطعات زرهي کاشي مانند نيز در بسياري از هواپيماهاي داراي بال ثابت مانند C17, C130 استفاده مي شود.
صفحات خميده ي تکي، دوتايي و سه تايي و سيستم هاي زرهي چندگانه (multi- hit armor system) داراي ترکيب شيميايي بور کاربيد و سيليسيم کاربيد هستند که اين مواد جزء مواد سراميکي پيشرفته محسوب مي شوند. اين سراميک هاي پيشرفته داراي عملکردهاي خاصي است که نيروهاي اعمالي به بدن، پهلوها و شانه ها را دفع مي کند. محافظت پيشرفته براي نواحي آسيب پذيري ديگر بدن شامل مفصل ران ها، زانوها و بازوها نيز در دست طراحي است.
ارتش آمريکا در حال توسعه ي کامپوزيت هاي فلز- سراميک و مخلوط هاي سراميک - فلز هيبريدي است. اين مواد باعث بهبود عملکرد اين توليدات مي شود. اولين نوع از اين زره ها، زره هاي سراميکي پوشش داده شده با فلز است. که اين آلياژها باعث به تأخير افتادن شکست سراميک هاي مورد استفاده در کاربردهاي بالستيکي مي شوند.
علت اين امر اين است که فلز با سراميک پيوند بهتري برقرار مي کند. نوع دوم که در Stryker-Interim Amared Vehicle يافت مي شود، از يک کامپوزيت با زمينه ي پليمري استفاده مي کند که بوسيله ي فلزاتي محافظت مي شود. کاربردهاي ديگر براي زره هاي سراميکي شامل: وسايل جنگي مورد استفاده در دريا ( که قبلا به آنها وسايل تهاجمي آبي- خاکي نيز مي گفتند) و سيستم هاي زرهي که در آينده ارتش آمريکا از آنها بهره مي گيرد، مي شود.

سراميک هاي شفاف، قهوه اي ديد را بهتر مي کنند

به دليل اينکه سراميک ها انواع مشخصي از طول موج هاي الکترومغناطيس را از خود عبور مي دهند ( که اين طول موج ها مي توانند در گستره ي طيف سفيد و يا انواع ديگر از طول موج هاي الکترومغناطيس باشد) مي توان از آنها در ساخت کلاهک رادارهاي مادون قرمز، محافظ سنسور (Protection Sensor) و پنجره هاي چندين طيفي (multi- spectral windows)، استفاده کرد. علاوه بر اين خواص نوري، سراميک ها مقاومت در برابر سايش مطلوب، استحکام و پايداري گرمايي خوبي نيز دارد. نوع خاصي از شيشه - سراميک ها توانايي برآورده سازي احتياجات پنجره هاي الکترومغناطيس مورد استفاده در گلوله هاي توپخانه را دارند که علت اين امر خواص الکتريکي مطلوب اين ماده و سازگاري با دماهاي بالاست. (شکل 2)

از سيليسيم نيتريد (يک سراميک غير اکسيدي) براي ساخت پوشش هاي راداري پرتابه ها استفاده مي شود که اين ماده مخصوصاً براي ساخت پوشش هاي راداري پرتابه ها استفاده شده است و جزء جديدترين تکنولوژي هاي پدافند هوايي مورد استفاده است. علت استفاده کردن از آن استحکام مکانيکي مناسب و خواص دي الکتريک اين ماده است. اين ماده اجازه مي دهد تا امواج ماکروويو و ديگر انرژي ها از داخلشان عبور کرده تا رادار بتواند اهداف درحال نزديک شدن را رهگيري کند.
استحکام اين ماده اجازه مي دهد تا سيستم هاي پرتابه در برابر ايروژن و دماي بالايي که در طي پرواز در جو و با سرعت هاي واقعاً بالا بوجود مي آيد مقاومت کنند. همچنين توسعه ي پنجره هاي مادون قرمزي که در حال انجام است که در اين پنجره ها از نانوکريستال هاي اکسيد ايتريم براي کاربردهاي پرتابه اي، استفاده مي شود.
بهبود خواص شيشه ها و شيشه- سراميک ها، براي توليد شيشه هاي زره مانند با عملکرد بالستيک مطلوب، مطرح شده است. شيشه ها را مي توان در اندازه هاي بزرگ و داراي انحنا ساخت و مي توان از آنها براي بهبود عملکرد بالستيک استفاده کرد. براي رسيدن به اين اهداف يک شيشه ي فيوزد سيليکايي انتخاب خوبي است. مواد شفاف ديگري نيز براي توليد شيشه هاي محافظ پنجره ها (windshields) ، پوشش هاي محافظ منبع احتراق (blast shields) و محافظ سنسورهاي هواپيما (Sensor Protection) استفاده شود. يک نوع ماده ي سراميکي که اسپينل (منيزيم آلومينات) ناميده مي شود خواص نوري ممتازي در ناحيه ي مادون قرمز دارد که باعث مي شود از اين ماده در سنسورها (جاهايي که خواص جذبي محافظين سنسورها بسيار مهم است) استفاده مي شود.

بهبود راندمان موتور توربيني (turbine engine)

هلي کوپترهاي نظامي در آينده مي توانند دورتر پرواز کنند و همچنين بار بيشتري حمل کنند. و همه ي اين توانمندي ها را مديون علم سراميک هستند. (شکل 3)

بازده موثر موتورهاي توربيني با استفاده از کامپوزيت هاي زمينه سراميک و پوشش هاي محافظ (به خاطر سازگاري گرمايي بالايشان)، بالا برده مي شود. سراميک ها پتانسيل کار در دماهاي بالاي 1100 درجه سانتيگراد را با کمترين خنک سازي (يا بدون خنک سازي) دارند. همچنين کامپوزيت ها 30-50 درصد آلياژهاي فلزي که هم اکنون مورد استفاده قرار مي گيرند، سبک ترند.
هنگامي که کامپوزيت هاي مورد استفاده در محفظه ي احتراق و پره هاي توربين با مواد سراميکي پوشش داده شوند، دماي کاردهي تا 165 درجه c افزايش مي يابد و اجزاي محفظه ي احتراق، از ترکيب شدن محافظت مي شود. يک روش پوشش دهي که در آن از چندين جزء سراميکي استفاده مي شود، توانسته است پوششي توليد کند که 300 ساعت کار در دماي 156 درجه cرا تحمل کرده است. اين پوشش ها بر پايه ي هافنيم اکسيد ساخته شده است.
*استفاده از مطالب اين مقاله با ذکر منبع راسخون بلامانع است.
/خ