(左上角,顺时针方向)带有OCMC预浸料蒙皮的陶瓷蜂窝板、Space Rider的CMC车身盖、UHTCMC紧固件和显示SIF无渗透CMC成本降低的图表
陶瓷基复合材料(CMC-ceramic matrix composites)的需求持续增长,与金属相比,它可以在更高的温度下实现重量减轻和高性能。这提高了发动机、工业过程和清洁能源/回收技术的效率,减少了燃料/电力消耗和排放。强大的CMC热防护系统(TPS- thermal protection systems)使可重复使用的运载火箭成为可能,而CMC火箭喷嘴,如Firefly航空航天公司正在开发的喷嘴,可以将质量减少50%,增加有效载荷。电动汽车还需要电池外壳中的轻质TPS,高超音速平台需要前缘材料、雷达透明天线罩和其他能够承受5马赫及以上空气摩擦数千摄氏度的结构。
过去几年,新材料、新工艺、供应商和零件生产能力激增。CW定期报告这些全球发展情况,包括消除涂层和渗透等工艺步骤、高零件产量的自动化以及超高温CMC(UHTCMC)的新技术。

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在2023年关于CMC的专题报道中讨论的新CMC纤维供应商现已开始生产。Rath AG(奥地利维也纳)于2024年10月推出,生产Altra Flex连续氧化物陶瓷纤维,可延长使用寿命至1200°C。德国门兴格拉德巴赫工厂的初始产能为10吨/年,分为三个等级:M75莫来石、MK85莫来石刚玉和K99刚玉纤维。

Vulcan Shield Global提供各种氧化铝纤维产品
另一家新供应商是Vulcan Shield Global(VSG,新加坡),提供由上海荣荣新材料科技有限公司(中国上海)生产的氧化铝纤维,该公司拥有相同的所有者。荣荣新的氧化铝纤维厂于2023年开始生产连续纤维和短纤维,产能分别有可能扩大到400吨和600吨。VSG作为一家独立实体,在马来西亚有一些制造业务,并正在积极探索在欧洲建立生产。
连续纤维VSG采用ISO认证的制造和专利的溶胶-凝胶技术和工艺制造,为长期高温服务提供不同的氧化铝含量,包括:B-70、F-72(1200°C)、C-85(1300°C)和M-99(1100°C)。VSG还提供各种氧化铝产品,从长纤维和短纤维到纸张、毡和针刺非织造布,再到纺织品、编织物和胶带。
VSG营销经理盛凯芳(Sheng Kai Fong)表示:“我们希望帮助缓解这些纤维在全球范围内缺乏可及性和可负担性的历史问题。”。“我们将利用我们广泛的制造能力、全球应用团队和先进的研究和工程技术,帮助客户为各种应用开发量身定制的解决方案,包括以前被其他供应商忽视产品。”


Isovota(奥地利Wiener Neudorf)作为世界上最大的飞机内饰层压板和预浸料生产商之一,拥有数十年的经验,开发了CERAPREG,将二氧化硅纤维与二氧化硅-氧化铝基质相结合,可承受高达900°C的温度,但没有传统CMC的高成本。Isovota技术副总裁彼得·瓦格纳(Peter Wagner)表示,该公司正在销售预浸料,“因为它使公司能够更快地制造零件。” 瓦格纳说,CERAPREG的设计无毒、易于处理,除了烤箱外不需要特殊设备。零件也在用加热压力机制造。“我们培训客户使用这种材料制造简单的零件,但他们不必分享他们将生产什么或如何生产的细节。”


CERAPREG已在各种零件中得到验证,包括排气混合器、管子、芯板(顶部)和电池外壳(上半部分和下半部分),如图所示(底部)
正如“不同的Ox-Ox预浸料”中所解释的那样,所得的氧化物CMC(OCMC)材料具有良好的结构性能,但二氧化硅纤维纯度>95%也会产生类似于石英的介电性能,使CERAPREG对雷达透明罩和天线罩具有吸引力。瓦格纳补充说,尽管石英纤维可以承受高达1600°C的一次性暴露,但在950°C以上会开始降解。Isovota继续在新的应用中测试这些材料,包括与环氧树脂、氰酸酯和热塑性复合材料的混合材料、电动汽车电池托盘、排气混合器、CMC管和由Euro composites(卢森堡埃希特纳赫)的生态陶瓷蜂窝制成的夹层结构。瓦格纳说,所有这些都表明了CERAPREG具有良好的机械性能和复杂的形状,而在1200°C下的火焰测试显示,5分钟后没有损坏。

Pyromeral Technology(美国加利福尼亚州森尼维尔)成立于2023年,借鉴了Pyromeral(法国巴贝里)数十年的材料开发和使用经验,进一步推动了北美高温复合材料的发展。其PyroKarb、PyroSic和PyroXide预浸料工艺类似于碳纤维增强聚合物(CFRP),但在1100°C及以上温度下仍具有高性能。专有的地聚合物基质可以通过低温热压罐或使用低成本工具和单个独立后固化的压制固化,轻松铺设复杂的近净形状。不需要后续的致密化或渗透,与传统的CMC相比,可以实现更简单的制造,缩短交货时间和降低零件成本。
PyroKarb使用高模量碳纤维,最高温度可达540°C,PyroSic使用碳化硅(Sic)纤维,最高工作温度可达815°C,与钛相比,分别减轻了60%和75%的重量。PyroXide使用氧化铝纤维,最高温度可达1100°C,最高温度为1650°C,鼻锥和雷达孔径具有射频透明度。在排气喷嘴中,与因康镍合金相比,它节省了高达70%的重量。
Pyromeral Technology还生产PyroXide,它是一种0.25英寸宽的丝束,采用千米长的卷轴,没有拼接,可以缠绕锥形和管状部件的长丝。PyroKarb和PyroSic的两个版本即将开发出来。高温材料用于发动机隔热、高超音速翅片和外壳,以及先进空中机动中的电池保护。


高温材料系统(HTMS)使用商品纤维,如(从上到下)氧化铝、碳和玻璃纤维,以及低温固化基质,以降低CMC成本
高温材料系统公司(HTMS,Bristol)成立于2021年,旨在解决英国缺乏主权(即国内和自给自足)CMC能力和供应链的问题。联合创始人理查德·格兰杰(Richard Grainger)博士说:“我们制造的CMC预浸料可以像聚合物预浸料一样加工,但可以在高达1000°C的温度下长期使用。”。“我们的技术基于一种新型基质化学,可在500-600°C以下固化,而传统Ox-Ox的固化温度为1000°C以上。我们的目标是使室温固化至200°C,以便预浸料可用于现有的复合材料供应链。”
“有很多团体在研究高温材料,”他继续说道,“但他们并没有真正购买商业产品,即使是在航空航天领域,因为成本过高。我们的方法允许使用更多的商品纤维。”目前的高温超导产品包括Ignishield(玄武岩纤维)、ThermaLite(氧化铝纤维)和Carbonite X(碳纤维)。“这些大大降低了成本,我们还避免了烧结,烧结具有巨大的影响,不仅减少了能源使用、排放和工艺时间,还降低了设备成本。目前,在180-200°C下固化1-2小时,在炉中进行独立后固化,但我们希望在化学2.0版本中消除这最后一步。”

HTMS展示了由CMC预浸料制成的电池箱
HTMS目前正在为电池箱的零件制造商提供材料,这些电池箱可以承受30-60分钟的各种热和火焰测试。格兰杰解释说:“我们能够提供全面的保护,没有有机成分会导致火灾、烟雾或热负荷。”。该公司正在与五家国防和汽车一级供应商/原始设备制造商以及三家赛车/高性能汽车合作伙伴合作。应用包括TPS和隔热板、排气部件和制动管道。他补充道:“我们还与英国Innovate和罗伊斯研究所合作了许多项目。”。“我们刚刚完成了种子轮融资,这将让我们搬到更大的场所,然后我们将扩大预浸料生产并进一步扩大开发计划。”

FOX Composites(德国科隆)是位于科隆的德国航空航天中心(DLR)材料研究所的一个衍生项目,致力于发展OCMC材料和组件的生产,以实现更广泛、更大批量的应用。该团队由DLR科学家迈克尔·韦尔特(Michael Welter)博士和维托·莱斯纳(Vito Leisner)博士领导,使用了DLR自2017年以来开发的两种工艺,并在小批量零件和DLR飞行任务中得到了验证。
韦尔特解释说:“真空辅助浆料注入(VASI- Vacuum-assisted slurry infusion)源自CFRP中使用的真空辅助树脂注入(VARI- vacuum-assisted resin infusion)工艺。”。“我们通常在真空袋中使用单面模具,然后使用真空将浆料注入纤维预制棒中。对于我们的注入制造氧化物CMC(IFOX- infusion fabricated oxide )工艺,我们使用正模(positive)和负模(negative )半体来定义零件形状和壁厚。与RTM类似,在施加真空和压力进行浆料注入和干燥之前,将纤维预制棒放入模具系统中。干燥的生坯可以从模具中弹出并烧结形成OCMC”
FOX Composites开发了三种浆料系统,用于不同的使用温度和二氧化硅、氧化铝和莫来石纤维。莱斯纳说,迄今为止,它的大多数部件都使用了织物,但它的工艺允许使用几乎任何类型的纤维预制件,如毡、短纤维或混合物,“我们看到了根据客户设计定制的3D预制件的更大潜力。”

(左上角,顺时针方向)计划于2026年进行高超音速飞行的雷达透明雷达罩、用于火箭起落架的夹式TPS、具有OCMC鼻锥的亚尺度演示火箭、天线罩和夹式起落架TPS、使用IFOX制造的OCMC定子导叶和雷达透明鼻锥的设计研究
韦尔特说:“我们相信,由于高度的自动化、较短的处理时间和相对容易的流程并行化,我们的IFOX技术将使我们能够超越当前CMC生产技术所能提供的产量。”。“我们目前正在德国航天中心建立一条试验生产线,以提高技术准备水平(TRL),并展示每天10-20个零件的生产能力。我们还在研究如何进一步优化工艺,最终在多个装置中实现并行加工,以实现连续生产,目标是每年生产数千个零件,最终可能达到10000个零件。”
测试部件包括一系列用于飞行任务的10个雷达透明天线罩,以及火箭和导弹的鼻锥。“我们能够在模具外以非常低的公差实现非常高的表面质量,” 莱斯纳指出。为CALLISTO项目的可重复使用演示器生产了一个1.8米高、90厘米宽的火箭起落架TPS。这些和其他原型产品和客户将从DLR转移到FOX Composites,计划于2026年投入商业使用。

Arceon(“ar see on”,荷兰代尔夫特)生产碳碳化硅基体(C/C-SiC)中无涂层碳纤维的Carbeon CMC,在非氧化环境中可承受高达2000°C的温度。首席执行官(Rahul Shirke)说,它使用熔融渗透,“因为它需要一个致密化周期(1周),并产生1-3%的孔隙率,而化学气相渗透(CVI- chemical vapor infiltration)和聚合物渗透和热解(PIP- polymer infiltration and pyrolysis )工艺需要三到五个致密化循环(2个月),通常产生10%的孔隙率。它还不需要外来原材料,也不需要在纤维上涂覆涂层,从而降低了成本并提高了可扩展性。”

Arceon工艺用于制造Carbeon C/C-SiC材料和零件
Arceon的过程分为三个步骤。碳纤维和专有酚醛聚合物通过纤维缠绕、热压罐固化预浸料叠层、RTM或热压结合在一起。然后,将这种CFRP生坯热解形成多孔C/C预成型体,然后用熔融硅进行单次渗透以形成CMC。Shirke说:“我们在1600°C下测试了Carbeon 2小时,只观察到1%的质量损失,但它比因康镍合金等金属合金轻两到四倍。”由此产生的C/C-SiC具有低孔隙率,对TPS更有利,因为高孔隙率能够更快地烧蚀,因为热量可以更快地穿透材料。

会聚段(顶锥)和发散段(下锥)在热解后用糊状物连接,然后用硅渗透形成一个完整的固体火箭喷嘴
Shirke展示了一个典型的收敛-发散喷嘴,他说:“我们的战略不是为该工艺申请专利,而是为Carbeon产品的设计特征申请专利。”。“我们使用短切纤维和简单的模具压制两个不同的锥体,热解它们,然后用糊状物将两个部分连接起来。然后我们将它们渗透在一起,在看不到接头的地方生产出一个单独的零件。我们在零件中使用相同的材料来连接它们,因此,接头在高温下也是稳定的。”

正在测试Carbeon火箭喷嘴延长件
Arceon于2024年成功测试了用于高超音速飞行器的Carbeon领先优势,并作为英国高超音速技术与能力发展框架(HTCDF- Hypersonic Technologies & Capability Development Framework)的一部分,正在开发其他结构。它旨在很快部署一种火箭发动机喷嘴,该喷嘴在相同的成本下优于石墨,并已被选中为欧洲航天局(ESA)的多个项目生产或支持空间结构,包括EMA、CASTT、THRUST!以及盾牌。Arceon还瞄准了电池外壳、摩擦和磨损部件、金属处理和其他工业过程的零件,以及光学和望远镜。Arceon宣布与Goodman Technologies合作开发面向美国市场的熔渗CMC,已获得通用原子航空系统股份有限公司的投资,并正在与TU Delft合作生产更具成本效益和更易于规模化的UHTCMC,预计2025年底会有结果。
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SRI的无渗透工艺产生了一种非传统的C/C-SiC,该C/C-SiC包含一个C/C系统,其中SiC纳米颗粒占体积的30%以上
SRI(美国加利福尼亚州门洛帕克)高级研究员魏俊华(Junhua Austin Wei)也通过消除硅渗透来瞄准更具成本竞争力的CMC。自2019年以来,他生产了一种非传统的C/C-SiC,其中C/C含有>30vol%的SiC纳米粒子。魏俊华的团队没有使用典型热解炭产率为60%的酚醛树脂,而是使用了一种苯并恶嗪(Bz)——一种称为PHB-APA的官能化二氢苯并恶辛——炭产率为75%。由于仅凭这一点并不能产生足够致密的C/C,该团队希望添加陶瓷纳米粒子。魏俊华说,美国国家航空航天局在1990年尝试过这种方法,但使用了一种含有溶剂的浆料工艺,这造成了问题。他的团队改为将SiC颗粒功能化,使其与树脂相容,从而在不过度增加粘度的情况下易于分散。魏俊华承认,在PHB-APA中得到的40%重量的Bz-SiC纳米颗粒不是最容易加工的,但它确实减少了热解过程中的收缩,以防止出现大的裂纹和空隙。“如果你没有这些,你就不再需要渗透来填补它们。”
正如CW在2025年2月的文章中所解释的那样,魏俊华的团队在真空下在120°C的模具中固化CFRP样品,然后在240°C下固化2小时,在900°C下热解3小时。所得C/C-SiC具有≈10%的孔隙率和足够的密度来消除渗透。“这将制造时间缩短到3-5天,” 魏俊华说。
“我们的目标是以50%的成本实现C/C和C/C-SiC材料80%的性能。”
SRI计算出,对于1吨/年的生产能力,这种CMC板的制造成本约为300美元/公斤,而PIP零件的制造成本为500-600美元/公斤。另一个好处是由于收缩较小,在整个加工过程中保持形状保真度。SRI继续推进这一方法,并正在与能源部(DOE)太阳能技术办公室(SETO)合作开发一种可在700°C以上运行的耐腐蚀太阳能接收器。魏俊华指出,尽管这种脱碳应用不需要像航空航天那样高的机械性能,但它们对成本非常敏感。“如果我们的成本高于目前的镍合金,我们就没有市场。我们的目标是以50%的成本实现C/C和C/C-SiC材料性能的80%。”


使用ISiComp C/C-SiC CMC制造的太空骑士(Space Rider ) TPS组件
ISiComp是意大利航空航天研究中心(CIRA,Capua,意大利)及其合作伙伴Petroceramics(Stezzano,意大利)获得专利的C/C-SiC。从2016年开始开发,在两年内,他们生产了一个300×400毫米的演示器,带有集成加强筋,在CIRA的Scirocco等离子体风洞(PWT-plasma wind tunnel)中在1200°C下存活了10分钟以上,没有任何损坏。欧洲航天局委托该团队为其太空骑士(Space Rider)可重复使用飞行器设计、生产和鉴定整个TPS,包括机头、两个襟翼、铰链TPS和16个弯曲和5个扁平瓦片的迎风组件。CIRA设计CMC零件并制造CFRP预成型件,这些预成型件被送往Petroceramics进行陶瓷化,形成CMC零件,然后送回CIRA进行资格认证。


ISiComp能够在比传统CMC工艺更短的时间内经济高效地制造复杂形状的C/C-SiC零件
ISiComp采用新型液态硅渗透(LSI-liquid silicon infiltration)工艺制造,与之前的工艺相比,该工艺缩短了制造时间和成本。由此产生的坚固的C/C-SiC具有SiC基体中的承载C/C畴。Petroceramics在CIRA专利工艺中施加的外部SiC涂层进一步提高了其可重复使用性。正如CW在2025年5月的文章中所解释的那样,ISiComp已经通过了PWT测试,模拟了六次重新试验,质量损失仅为0.3%,没有纤维氧化,强度与原始样品相似。
CMC 太空骑士TPS的技术经理马里奥·德·斯特凡诺·福莫(Mario De Stefano Fumo)博士解释说:“我们在组件顶部生长SiC层。”。“这一工艺实现了下面有CMC的树枝状结构,增强了组件的连接和抗氧化性。”他承认,与标准化学气相沉积(CVD- chemical vapor deposition)涂层相比,这增加了一个步骤,但减少了整体制造时间和成本。它也可以在任务之间重新应用,这是车辆可重用性的关键。


ISiComp C/C-SiC CMC鼻部,用于CIRACIRA的Space Rider TPS,已通过了ESA可重复使用Space Rider飞行器C/C-SiC机身襟翼(顶部)和鼻部TPS的认证。
该团队还在LSI期间使用现场连接。德·斯特凡诺·福莫说,尽管这种连接是众所周知的,但它是复合体襟翼(complex body flap)的关键。在碳纤维增强塑料制造过程中,各种加强筋被共同粘合,而致动杆连接的三角形部分(或“鞋”)被制成单独的碳纤维增强材料部分,并在石油陶瓷渗透过程中就地连接。
700×900×300毫米襟翼CMC重量仅为11公斤(加上金属紧固件和组件加倍),最近与1320×941×414毫米机头一起通过了动态结构鉴定。这种双曲面非轴对称零件具有不同的厚度和16个Ω形CMC连接点,在CFRP制造过程中共同粘合,重量仅为40公斤(CMC重10公斤),可承受1650°C的温度。CIRA目前正在完成剩余TPS组件的资格测试,并准备在2027年开始为Space Rider的第一次任务生产飞行硬件。

K3RX(“care-x”,Faenza)是意大利国家研究委员会陶瓷科学技术与可持续发展研究所(CNR-ISSMC)的子公司,成立于2021年,基于多年在UHT陶瓷和UHTCMC的工作,通过C3HARME项目,包括独家使用授予联合创始人迪莱塔·斯奇蒂 (Diletta Sciti)和卢卡·佐利(Luca Zoli)的CNR专利,他们在UHTCMC原型的制造、测试、认证和优化生产方面发表了200多篇论文。K3RX UHTCMC可在>2000°C的温度下使用,与CMC、陶瓷和金属相比,具有更高的耐用性。

K3RX的UHTCMC零件(顶部)使用两种工艺,可以用一系列纤维和UHTC基体制成,但其基线是ZrB2和SiC基体中的碳纤维
K3RX使用两种工艺。第一种方法是使用预陶瓷浆料浸渍预成型体,将其烧结成UHTCMC并加工成最终尺寸。这可能很快,根据零件尺寸,单个致密化周期持续几个小时到一天;第二种工艺是PIP,其中增强材料浸渍有预陶瓷聚合物,使用纤维缠绕或加热压机成型以形成近净形状,然后热解成UHTCMC,然后根据每个零件的规格进行多次渗透/热解循环。
K3RX正在探索使用SiC和其他纤维,但更喜欢碳纤维,因为它的成本是SiC纤维的十分之一。它可以使用多种基质配方,以二硼化锆(ZrB2)和SiC为基准。斯奇蒂说,更高熔点的UHTC,如二硼化铪(HfB2),可以提供更高的温度和抗氧化性,但成本要高10倍,重量也会增加。“这就是为什么我们开发了根据需要定制的技术。”

K3RX已经在TRL 5-6的各种零件上展示了其UHTCMC,并为飞行任务生产了前缘、襟翼和喷嘴。
K3RX UHTCMC已在2200°C下测试了长达30分钟,在2500°C下进行了长达5分钟的测试,消融率接近于零。该材料致密,孔隙率低,具有抗热冲击性、耐磨性和抗氧化性,尺寸稳定性以及从热机械应力中自愈裂纹的能力。厚度达1厘米、直径达40厘米的零件已达到TRL 5-6,通过了反复的电弧喷射和PWT测试,包括用于飞行任务的前缘、襟翼和喷嘴,以及鼻锥、TPS瓦片和垫片,后者使用同一UHTCMC的螺钉和螺母集成到测试组件中。K3RX正在努力与太空、国防、能源和制动应用领域的客户一起将其产品商业化,并正在完成与这些市场的欧洲大型公司的第一轮投资。
K3RX也在评估其成本与C/C和CMC材料的对比。首席执行官兼联合创始人乔治·蒙塔纳里(Giorgio Montanari)表示:“如果规模足够大,我们的成本可以降低75%。”Zoli解释说,炉应用中使用的石墨是使用至少10个循环的PIP制成的,但由于一些公司的工业规模生产,成本可能只有40欧元/公斤。“与此同时,K3RX正在生产的UHTCMC零件的尺寸和TRL与已发布的信息不符。蒙塔纳里说:“我们将继续开发和推进我们的技术。”。

Advanced Ceramic Fibers LLC(美国爱达荷州爱达荷瀑布ACF)成立于2012年,还为生产UHTCMC的工艺和材料申请了专利。ACF首席执行官肯·科勒(Ken Koller)解释说,其直接转化过程(DCP- Direct Conversion Process )“在碳纤维丝束的每根单根长丝上形成30-500纳米的SiC或其他金属碳化物(MC- metallic carbide)。”连续过程需要几秒钟,生产出FiBar,这是一种具有集成热保护的产品,使碳纤维能够在真空中承受高达3940°C的温度,否则,他说,碳纤维会在几秒钟内蒸发,“但我们可以抑制这种蒸发数十分钟。”ACF可以转化任何碳——短切纤维、编织物、胶带、沥青碳纤维、碳纳米管和石墨烯。

Advanced Ceramic Fibers LLC使用其专利的直接转化工艺,将34种金属碳化物中的任何一种渗透到碳丝中,用于生产UHTCMC零件的FiBar增强材料
根据应用,ACF可以使用元素周期表中的34种MC元素,如钽(Ta)、铪(Hf)和锆(Zr)。集成SiC或MC还充当界面脱粘层,使纤维拔出能够减少CMC韧性的裂纹扩展,并有助于非氧化物纤维抵抗氧化。因此,传统的CVD/CVI涂层被取代,减少了后续UHTCMC的制造时间和成本。
科勒说,正如CW在2025年6月的文章中所解释的那样,ACF使用PIP通过SiC/C长丝制造固体含量为60-70%的UHTCMC,因此后续循环可以减少到两到三个,具体取决于零件。高达70%的碳纤维体积也可以实现更高的承载能力和热冲击能力,UHTCMC是自修复的。
科勒指出,ACF制造的UHTCMC的失效应变高达8%,这在海军航空系统司令部(NAVAIR)的测试中得到了证实。它还使用不同类型的UHTCMC制造了涡轮发动机叶片,这些叶片经过美国海军研究办公室(ONR)的测试,温度高达1371°C,没有明显损坏。ACF还使用五个PIP循环生产了UHTCMC紧固件,在2000°C的测试和弹丸测试中承受了600磅的负载。与约翰斯·霍普金斯应用物理实验室合作,它生产了UHTCMC,该UHTCMC在高达2900°C的等离子体炬测试中幸存下来。该公司正在安装DCP系统,该系统可以每天生产大量特定于个人客户应用的Fi Bar产品,并展示了其为航空航天、国防、能源和电子应用量身定制介电和电磁性能的能力。

Cambium(美国加利福尼亚州埃尔塞贡多)成立于2019年,开发了ApexShield 1000,这是一种邻苯二甲腈(PN)树脂,它声称可以将C/C的PIP从6到9个循环减少到1到2个,将生产时间缩短了80%。它声称,这也通过实现现有制造基础设施的高产量来降低成本(见下文Americarb)。据报道,Cambium的PN专为浸渍和RTM而设计,也用于预浸料和薄膜粘合剂,具有低熔体粘度、室温储存和400°C以上的玻璃化转变温度(Tg)等特点。该公司报告称,其生产规模为公吨,并已融入美国供应链,以加强国内CMC能力。
Cambium使用人工智能驱动的平台来加速材料的开发,使高超音速结构的制造商能够将循环时间从几个月缩短到几周。为了推进这项技术,该公司与行业合作伙伴、生物制造和设计生态系统(BioMADE),特别是美国海军密切合作,包括最近与ONR签订的合同。Cambium表示,其基于PN的高温复合材料解决了加工和生产中被认为无法克服的关键采用问题,包括开发可以在高达20马赫的高超音速下生存和运行的C/C部件。

Carbon fiber/phthalonitrile使用Azista材料和工艺制成的碳纤维/邻苯二甲腈和C/C零件
另一家扩大PN选项的公司是Azista USA(北卡罗来纳州罗利市),它是包括Azista Aerospace(艾哈迈达巴德)和Azista Composites(海德拉巴)在内的印度企业集团的美国子公司。它提供双马来酰亚胺(BMI)、氰酸酯、热熔酚醛预浸料。后者不含溶剂,消除了传统的孔隙,工艺更像环氧预浸料。该公司还提供PN树脂、预浸料和薄膜粘合剂,以及PN和碳泡沫、3D编织和2D缝合预成型件以及各种CMC工艺能力,包括PIP、LSI和CVI。Azista USA的业务开发经理贾伊拉姆·钦塔拉帕蒂(Jairam Chintalapati)表示,其获得专利的薄膜沸腾CVI工艺实现了1.5毫米/小时的致密化,增加了100倍,将制造高质量C/C的周期时间缩短了10倍。
钦塔拉帕蒂说,Azista的PN在180-200°C的固化温度下具有75厘泊的粘度,435°C的Tg和72%的炭收率,将PIP循环从五次减少到三次,“所得C/C的微观结构非常接近使用CVI获得的微观结构。”荷兰皇家航空航天中心(NLR)与Azista的室温PN合作,将其研磨成粉末并应用于碳纤维,形成干燥的半成品,用于制造高质量的热压罐固化24层压板。Azista USA已经使用其PN和热熔酚醛材料展示了C/C和SiC CMC零件,尽管这些零件目前在印度制造,但它正在探索国内能力,以扩大在美国的合作伙伴和应用。

Azista还开发了一种用作SiC基质前体的聚碳硅烷聚合物。它有四种变体,包括一种用于制造SiC纤维的高分子量变体,并正在寻找合作伙伴来帮助评估这些变体。聚碳硅烷在美国已有几十年的历史,可从Starfire Systems(纽约州格伦维尔)获得。钦塔拉帕蒂指出,Azista的优势在于它可以根据用户的需求和最终目标定制聚合物化学。


BJS Ceramics生产Silafil SiC纤维增强材料(上图),BJS Composites使用该增强材料制造Keraman CMC材料和组件(下图)
SiC复合材料在德国也得到了发展,包括DLR在发动机涡轮叶片以及CMC加工中的应用,以及成立于2014年和2015年的BJS Ceramics和BJS composites(Gersthofen)的应用。BJS Ceramics生产Silafil F,这是一种第二代SiC纤维,具有可广泛调节的电磁应用电性能。BJS Composites使用Silafil和碳纤维制造Keraman CMC材料和高度复杂的3D零件,提供不受美国出口管制法规约束的全欧盟价值链。BJS合伙人兼联合创始人尤塔·舒尔(Jutta Schull)指出:“我们看到航空航天和国防部门的需求增加,能源行业的需求也在增加。”。“这包括核能,冷却泵不会发生故障,也包括恶劣条件下的水泵。CMC提供了终极耐用性,确保了重要基础设施的安全和持续运行。”

Americarb生产高达2.4×3.4米的C/C和石墨板、管和炉夹具/机架,具有强大的热处理能力。
与此同时,Americarb(美国纽约州尼亚加拉瀑布城)正在提高CMC的热处理能力。该公司成立于2002年,专业生产适用于高达2500°C的C/C和特种石墨等级,供应板材、管材、炉夹具/机架和定制零件。它是垂直整合的,具有碳纤维预浸料生产线、热压罐、加工和组装能力,以及30×40×40英尺900°C碳化炉和18台高达3000°C的感应炉,可实现2.4×3.4米的大型零件。Americarb正在支持国防、太空、核能、电池、燃料电池和氢电解等领域的应用,并开发OCMC和SiC能力。
还有更多正在进行的发展。美国国家航空航天局兰利航天与高超音速应用材料公司(AMSH)团队的高级技术专家兼负责人(David E.Glass)博士说:“CMC是下一次材料革命。”该团队使用PWT和其他测试基础设施以及多尺度建模和学科专家来支持成功的设计、制造和飞行。“CMC有可能在太空、国防、机动性和能源领域带来颠覆性变革,为能够成功实施这些变革的公司和国家带来巨大回报。但挑战也是巨大的。研究人员、制造商和最终用户之间的协作与合作是实现其快速、更多采用所需进步的关键。”
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