Den neuesten Nachrichten zufolge hat das in Kalifornien ansässige Unternehmen MATECH einen Vertrag mit einem namhaften Verteidigungsunternehmen über die Entwicklung von Gehäusen für Hyperschallraketen für Flugtests unter Verwendung der kohlenstofffaserverstärkten ZrOC (C/ZrOC)-Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe des Unternehmens unterzeichnet. Im Jahr 2023 produzierte MATECH erfolgreich 50 Kilogramm Keramikmatrix-Verbundwerkstoff (CMC) für das diesjährige Programm.
Die von MATECH entwickelten ultrahochtemperaturbeständigen (UHT) Strukturisolatoren mit hoher Dimensionsstabilität tragen dazu bei, die mit Hyperschall-Raketengehäusen bei hohen Geschwindigkeiten verbundenen Hochtemperaturprobleme zu bewältigen. Diese Raketengehäuse werden beim Flug unter Hyperschallbedingungen sehr heiß, d. h. je schneller sie fliegen, desto heißer werden sie.
MATECHs C/ZrOC-Keramikmatrix-Verbundwerkstoff ist ein Hyperschall-Material mit geringer Ablation, das kostengünstig, skalierbar und einfach herzustellen ist. Es wurde in mehreren staatlichen Labors bei Temperaturen von über 2760 Grad und extremem Stillstandsdruck getestet. Darüber hinaus gibt das Unternehmen an, dass die Herstellungskosten dieses keramikbasierten Verbundwerkstoffs gleich oder niedriger sind als die seiner schwereren, weniger leistungsfähigen Gegenstücke aus Metall.
Neben Hüllen für Hyperschallraketen zur Verteidigung eignet sich MATECHs C/ZrOC Thermal Protection System (TPS) auch ideal für wiederverwendbare Hitzeschilde auf kommerziellen Raumfahrzeugen. Darüber hinaus kann MATECHs C/ZrOC den extremen Hitzeströmen bei der Rückkehr zum Mond und zum Mars standhalten.
MATECHs langfristiges Engagement für Ultrahochtemperatur-Verbundwerkstoffe
Seit seiner Gründung im Jahr 1989 hat sich MATECH der Kommerzialisierung von Hoch- und Ultrahochtemperatur-(UHT)-Keramikfaser- und Keramikmatrix-Verbundtechnologien verschrieben. MATECH hat eine Reihe präkeramischer Polymere für die Herstellung von Siliziumkarbid (SiC), Siliziumnitrid/Siliziumkarbid (SiNC), Siliziumoxid-Kohlenstoff (SOC), Siliziumnitrid (Si3N4) und Hafnocenkarbid (HfC) entwickelt. Alle diese werden in Hochtemperatur-Strukturanwendungen eingesetzt.
Hyperschall-Spitzenspitzen sind wohl die anspruchsvollsten Anwendungen für Raketenmaterialien bei ultrahohen Temperaturen (UHT). Die Formerhaltung ist für den Raketenbetrieb von entscheidender Bedeutung. Hochdichte, thermisch gepresste Keramiken wie Siliziumkarbid bieten die niedrigsten Oxidations- und Ablationsraten. Allerdings weisen Keramiken eine schlechte Thermoschockbeständigkeit und geringe Zähigkeit auf. Im Gegensatz dazu bieten keramische Matrixverbundstoffe (CMCs) eine hohe Zähigkeit.
Derzeit besteht die übliche Herstellungsmethode für Verbundwerkstoffe mit Keramikmatrix darin, mit CMC mit einer Dichte von 40-50 % zu beginnen und dann die Field Assisted Sintering Technique (FAST) zu verwenden, was zu Dichten führt, die weit von 100 % entfernt sind und sehr schlechte Ergebnisse liefern, da die Fasern zerstört werden. Das Unternehmen erkannte daher die Notwendigkeit, von Anfang an eine höhere Dichte des Vorformlings zu erreichen, mit Porositäten bis zu 7-10 %, was das Unternehmen inzwischen erfolgreich demonstriert hat und in weniger als 10 Minuten mit bis zu 99,9 % dichtem SiC/SiC mit der von CMC erwarteten Festigkeit und Zähigkeit erreicht werden kann.
Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundstoffe (C/C) wurden erstmals 1958 als ballistisches Material für die Nasenspitze beim Wiedereintritt entwickelt. Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundstoffe mit hoher Dichte (HDCC) haben zwar hervorragende Eigenschaften, weisen jedoch bei hohen Temperaturen und stagnierenden Strömungsdrücken sehr hohe Ablationsraten auf. Auf dieser Grundlage entwickelte MATECH ein Hyperschallmaterial mit sehr niedriger Ablationsrate, bekannt als C/ZrOC-Verbundstoffe, das kostengünstig, in Massenproduktion hergestellt und einfach herzustellen ist. Mit starker Unterstützung der US-Raketenabwehrbehörde hat MATECH den Vorqualifizierungsstatus für Hyperschall- und Raketenabwehranwendungen für seine Ultrahochtemperatur-(UHT)-C/ZrOC-TPS- und Antriebsvarianten erreicht. Diese wurden speziell für hohe Leistung und einfache Herstellung entwickelt, um kritische Verteidigungs- und zivile Raumfahrtanforderungen zu erfüllen.
Und im Januar gab MATECH bekannt, dass es ultrahochdichte, kohlenstofffaserverstärkte Verbundwerkstoffe mit Kohlenstoffmatrix (C/C) entwickelt hat. Diese bahnbrechende neue Technologie wird C/C-Verbundwerkstoffe 20-mal widerstandsfähiger gegen Ablation und Oxidation machen als derzeit verfügbare C/C-Materialien und wird voraussichtlich in anspruchsvollen Bug- und Vorderkantenkomponenten wie Hyperschallraketen und ballistischen Wiedereintrittsraketen eingesetzt.