Согласно последним новостям, калифорнийская компания MATECH подписала контракт с известным оборонным подрядчиком на разработку корпусов гиперзвуковых ракет для летных испытаний с использованием керамических матричных композитов ZrOC (C/ZrOC), армированных углеродным волокном. В 2023 году компания MATECH успешно произвела 50 килограммов керамического матричного композита (CMC) для программы этого года.
Разработка MATECH сверхвысокотемпературных (UHT), высокоразмерно стабильных структурных изоляторов помогает преодолеть проблемы высоких температур, связанные с корпусами гиперзвуковых ракет на высоких скоростях; эти корпуса ракет сильно нагреваются при полете на гиперзвуковой скорости, поэтому чем быстрее они летят, тем горячее они становятся.
Композитный материал с керамической матрицей C/ZrOC от MATECH — это гиперзвуковой материал с низкой абляцией, который является недорогим, масштабируемым и простым в изготовлении. Он был испытан при температурах свыше 2760 градусов при экстремальных давлениях покоя в нескольких государственных лабораториях. Кроме того, компания утверждает, что стоимость производства этого композита на основе керамики равна или ниже, чем у его более тяжелых и менее эффективных металлических аналогов.
В дополнение к гиперзвуковым ракетным корпусам для обороны, система тепловой защиты C/ZrOC (TPS) от MATECH идеально подходит для многоразовых тепловых экранов на коммерческих космических кораблях. Кроме того, система C/ZrOC от MATECH может выдерживать экстремальные тепловые потоки при возвращении на Луну и Марс.
Долгосрочные обязательства MATECH в области сверхвысокотемпературных композитов
С момента своего создания в 1989 году компания MATECH занимается коммерциализацией технологий высоко- и сверхвысокотемпературных (UHT) керамических волокон и композитных материалов с керамической матрицей. MATECH разработала ряд прекерамических полимеров для изготовления карбида кремния (SiC), нитрида кремния/карбида кремния (SiNC), оксида кремния и углерода (SOC), нитрида кремния (Si3N4) и карбида гафноцена (HfC). Все они используются в высокотемпературных конструкционных приложениях.
Гиперзвуковые носовые наконечники, возможно, являются наиболее требовательными сверхвысокотемпературными (UHT) приложениями для ракетных материалов. Поддержание формы имеет решающее значение для работы ракет. Высокоплотная термически прессованная керамика, такая как карбид кремния, обеспечивает самые низкие скорости окисления и абляции. Однако керамика имеет плохую термостойкость и низкую прочность. Напротив, керамические матричные композиты (CMC) обеспечивают высокую прочность.
В настоящее время обычный метод подготовки композитов с керамической матрицей заключается в том, чтобы начать с КМЦ плотностью 40-50%, а затем использовать технологию спекания с помощью поля (FAST), которая в итоге дает плотности, далекие от 100%, и работает очень плохо, поскольку волокна разрушаются. Поэтому компания осознала необходимость быть более плотной с самого начала заготовки, с пористостью до 7-10%, что, как компания успешно продемонстрировала, может быть достигнуто менее чем за 10 минут с плотностью SiC/SiC до 99,9% с прочностью и ударной вязкостью, ожидаемыми от КМЦ.
Композиты Carbon-Carbon (C/C) были впервые разработаны в 1958 году в качестве материала для носовой части баллистического возвращаемого аппарата, и хотя композиты High Density Carbon-Carbon (HDCC) обладают превосходными свойствами, они имеют очень высокую скорость абляции при высоких температурах и давлениях застойного потока. На основе этого MATECH разработал гиперзвуковой материал с очень низкой скоростью абляции, известный как композиты C/ZrOC, которые являются недорогими, массово производимыми и простыми в изготовлении. При мощной поддержке Агентства по противоракетной обороне США MATECH достигла статуса предварительной квалификации для гиперзвуковых и противоракетных приложений для своих вариантов сверхвысокотемпературного (UHT) C/ZrOC TPS и двигательных установок. Они были специально разработаны для обеспечения высокой производительности и простоты производства, чтобы удовлетворить критически важные потребности в обороне и гражданском космосе.
А в январе MATECH объявила, что разработала композиты с углеродной матрицей (C/C) сверхвысокой плотности, армированные углеродным волокном. Эта новаторская новая технология сделает композиты C/C в 20 раз более устойчивыми к абляции и окислению, чем доступные в настоящее время материалы C/C, и, как ожидается, будет использоваться в сложных компонентах носовой части и передней кромки, таких как гиперзвуковые ракеты и баллистические возвращаемые элементы.