Według najnowszych doniesień, kalifornijska firma MATECH podpisała umowę z czołowym wykonawcą sprzętu obronnego na opracowanie obudów hipersonicznych pocisków rakietowych do testów w locie, wykorzystujących kompozyty z matrycą ceramiczną ZrOC (C/ZrOC) wzmocnione włóknem węglowym. W 2023 roku firma MATECH wyprodukowała 50 kilogramów materiału kompozytowego z matrycą ceramiczną (CMC) na potrzeby tegorocznego programu.
Opracowane przez firmę MATECH izolatory konstrukcyjne o bardzo dużej stabilności wymiarowej i odporności na ultrawysoką temperaturę (UHT) pomagają pokonać wyzwania związane z wysoką temperaturą, jakie występują w przypadku obudów pocisków hipersonicznych przy dużych prędkościach. Obudowy tych pocisków nagrzewają się do bardzo wysokich temperatur podczas lotu z prędkością hipersoniczną, dlatego im szybciej lecą, tym stają się gorętsze.
Kompozyt matrycy ceramicznej C/ZrOC firmy MATECH to materiał hipersoniczny o niskiej ablacji, który jest tani, skalowalny i łatwy w produkcji. Został przetestowany w temperaturach powyżej 2760 stopni przy ekstremalnych ciśnieniach spoczynku w wielu laboratoriach rządowych. Ponadto firma twierdzi, że koszt produkcji tego kompozytu na bazie ceramiki jest równy lub niższy niż jego cięższych, mniej wydajnych odpowiedników metalowych.
Oprócz obudów pocisków hipersonicznych do obrony, system ochrony termicznej C/ZrOC firmy MATECH (TPS) jest idealny do wielokrotnego użytku osłon termicznych na komercyjnych statkach kosmicznych. Ponadto system C/ZrOC firmy MATECH może wytrzymać ekstremalne strumienie ciepła podczas powrotu na Księżyc i Marsa.
Długoterminowe zaangażowanie firmy MATECH w kompozyty o bardzo wysokiej temperaturze
Od momentu powstania w 1989 r. firma MATECH angażuje się w komercjalizację technologii włókien ceramicznych i kompozytów z matrycą ceramiczną o wysokiej i ultrawysokiej temperaturze (UHT). Firma MATECH opracowała szereg polimerów preceramicznych do produkcji węglika krzemu (SiC), azotku krzemu/węglika krzemu (SiNC), tlenku krzemu i węgla (SOC), azotku krzemu (Si3N4) i węglika hafnocenu (HfC). Wszystkie te materiały są wykorzystywane w zastosowaniach konstrukcyjnych o wysokiej temperaturze.
Hipersoniczne końcówki nosów są prawdopodobnie najbardziej wymagającymi zastosowaniami ultrawysokiej temperatury (UHT) dla materiałów rakietowych. Utrzymanie kształtu jest krytyczne dla działania rakiet. Wysokogęsta, prasowana termicznie ceramika, taka jak węglik krzemu, zapewnia najniższe wskaźniki utleniania i ablacji. Jednak ceramika ma słabą odporność na szok termiczny i niską wytrzymałość. Natomiast kompozyty z matrycą ceramiczną (CMC) oferują wysoką wytrzymałość.
Obecnie powszechną metodą przygotowania kompozytów z matrycą ceramiczną jest rozpoczęcie od 40-50% gęstości CMC, a następnie zastosowanie techniki spiekania wspomaganego w terenie (FAST), która kończy się gęstościami dalekimi od 100% i bardzo słabymi wynikami, ponieważ włókna ulegają zniszczeniu. Firma uznała zatem potrzebę uzyskania większej gęstości od samego początku preformy, z porowatością zmniejszoną do 7-10%, co firma z powodzeniem wykazała w czasie krótszym niż 10 minut, przy gęstości SiC/SiC do 99,9%, z wytrzymałością i wytrzymałością oczekiwaną od CMC.
Kompozyty Carbon-Carbon (C/C) zostały opracowane po raz pierwszy w 1958 r. jako materiał na końcówki nosów pocisków balistycznych, a podczas gdy kompozyty High Density Carbon-Carbon (HDCC) mają doskonałe właściwości, mają bardzo wysokie wskaźniki ablacji w wysokich temperaturach i przy stagnacyjnym ciśnieniu przepływu. Na tej podstawie MATECH opracował hipersoniczny materiał o bardzo niskim wskaźniku ablacji, znany jako kompozyty C/ZrOC, które są tanie, masowo produkowane i łatwe w produkcji. Dzięki silnemu wsparciu ze strony US Missile Defense Agency, MATECH uzyskał status wstępnej kwalifikacji do zastosowań hipersonicznych i obrony przeciwrakietowej dla swoich wariantów Ultra High Temperature (UHT) C/ZrOC TPS i napędu. Zostały one opracowane specjalnie z myślą o wysokiej wydajności i łatwości produkcji, aby sprostać krytycznym potrzebom obronnym i cywilnym w przestrzeni kosmicznej.
W styczniu MATECH ogłosił, że opracował kompozyty z matrycą węglową (C/C) wzmocnioną włóknem węglowym o ultra wysokiej gęstości. Ta przełomowa nowa technologia sprawi, że kompozyty C/C będą 20 razy bardziej odporne na ablację i utlenianie niż obecnie dostępne materiały C/C i oczekuje się, że będą stosowane w wymagających komponentach nosowych i krawędzi natarcia, takich jak pociski hipersoniczne i balistyczne powroty do atmosfery.