Anwendung keramischer Werkstoffe in Waffen und Ausrüstung
I. Keramische Verbundwerkstoffe in gepanzerten Schutzsystemen
Im Waffen- und Ausrüstungsbereich haben sich Keramikverbundwerkstoffe aufgrund ihrer einzigartigen physikalischen und chemischen Eigenschaften zu einem der Kernmaterialien für moderne Panzerschutzsysteme entwickelt. Ihre hohe Härte, ihr geringes Gewicht und ihre hervorragende Schlagfestigkeit haben ihnen eine wichtige Position im Schutzdesign von Land-, See- und Luftkampfplattformen eingebracht. Im Bereich des Panzerschutzes hat der Einsatz von Keramikverbundwerkstoffen die Überlebenschancen von Kampffahrzeugen deutlich verbessert. Im Vergleich zu herkömmlichen Stahlpanzerungen weisen Keramikverbundwerkstoffe eine geringere Dichte auf, was das Gewicht der Panzerung deutlich reduzieren und die Mobilität des Fahrzeugs verbessern kann.
Beispielsweise weist eine Verbundpanzerung aus Aluminiumoxid- oder Siliziumkarbidkeramik eine Härte von über 9 auf der Mohs-Skala auf und kann dem Eindringen panzerbrechender Projektile und explosionsartig geformter Projektile wirksam widerstehen.
Aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit eignen sich keramische Werkstoffe hervorragend für den Einsatz in Meeresumgebungen und erreichen eine Lebensdauer von über 20 Jahren, was wesentlich länger ist als bei herkömmlichen metallischen Schutzmaterialien.
Bei der Konstruktion von Militärflugzeugen werden Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe zum Panzerschutz wichtiger Komponenten wie dem Rumpf und den Vorderkanten der Tragflächen verwendet.
II. Hochtemperaturbeständige keramische Komponenten in Flugkörpern und Raketentriebwerken
Siliziumnitrid- (Si₃N₄) und Siliziumkarbid- (SiC) Keramiken können in einer Hochtemperaturumgebung von 1.600 °C immer noch eine Biegefestigkeit von über 400 MPa aufrechterhalten, eine Eigenschaft, die sie zur idealen Wahl für Hochtemperaturkomponenten von Motoren macht.
Bei Raketentriebwerken werden Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe erfolgreich zur Herstellung von Turbinenrotorschaufeln und Brennkammerauskleidungen eingesetzt.
Die Verbesserung der Antriebseffizienz von Raketentriebwerken profitiert direkt vom Einsatz moderner Keramikmaterialien. In einer Reihe von Tests zwischen 2021 und 2023 bestätigte die NASA, dass Keramikdüsen aus Zirkonoxid-verstärktem Aluminiumoxid (ZTA) in einer Hochtemperatur-Gasumgebung von 3000 °C eine ausgezeichnete Thermoschockbeständigkeit aufweisen und eine fünf- bis achtmal längere Lebensdauer als herkömmliche Metalldüsen haben.
III. Keramik für kugelsichere Platten und leichte Panzerung
Im Bereich der kugelsicheren Platten hat sich ein technologischer Ansatz etabliert, der von Aluminiumoxid, Siliziumkarbid und Siliziumnitrid dominiert wird. Leistungstestdaten zufolge weisen kugelsichere Keramikplatten eine hervorragende Druckfestigkeit, Zugfestigkeit und Schlagfestigkeit auf und halten Beschussangriffen verschiedener Kaliber effektiv stand. Im Vergleich zu herkömmlichen Metallwerkstoffen zeichnen sich kugelsichere Keramikplatten durch ein deutlich geringeres Gewicht aus, das sich um 30 bis 50 % reduzieren lässt. Dies verbessert die Mobilität und die anhaltende Kampffähigkeit einzelner Soldaten erheblich.
Leichte Panzerungslösungen haben sich vom Schutz mit nur einer Funktion hin zu multifunktionalen Integrationslösungen entwickelt. In der aktuellen Militärausrüstung konnte durch die Panzerung mit Keramikverbundwerkstoffen unter der Prämisse der Gewährleistung der Schutzleistung das Gesamtgewicht gepanzerter Fahrzeuge erfolgreich um 15 bis 20 % reduziert werden.