（左上，順時針方向）采用OCMC預浸料表層的陶瓷蜂窩板、  Space Rider的CMC機體襟翼、UHTCMC緊固件，以及顯示無SIF滲透CMC成本降低的圖表。來源 | Isovolta、CIRA、K3RX和SRI

陶瓷基復合材料(CMC)的需求持續增長，與金屬相比，CMC 能夠減輕重量并在高溫下保持高性能。這提高了發動機、工業流程和清潔能源/回收技術的效率，減少了燃料/電力消耗和排放。堅固的 CMC 熱防護系統 (TPS) 使可重復使用的運載火箭成為可能，而 CMC 火箭噴嘴（例如Firefly Aerospace 正在開發的噴嘴）可將重量減輕 50%，從而增加有效載荷。電動汽車也需要電池外殼采用輕質 TPS，而高超音速平臺則需要用于前緣、雷達透明機鼻罩和其他結構的材料，這些材料能夠承受 5 馬赫及以上速度下空氣摩擦產生的數千攝氏度高溫。

受此影響，過去幾年新材料、新工藝、新供應商和新零部件產能不斷涌現。CW定期報道這些全球發展動態，包括涂層和浸潤等工藝步驟的簡化、大批量零部件的自動化生產以及超高溫陶瓷基復合材料 (UHTCMC) 的新技術。

氧化物纖維供應增加

我在2023年關于CMC的專題報道中討論過的新的CMC纖維供應商現已投產。Rath AG（奧地利維也納）于2024年10月成立，正在生產Altra Flex連續氧化物陶瓷纖維，其使用壽命可達1200°C。其位于德國門興格拉德巴赫的工廠初始產能為每年10噸，分為三個等級：M75莫來石纖維、MK85莫來石-剛玉纖維和K99剛玉纖維。

Vulcan Shield Global 提供各種氧化鋁纖維產品。來源 | VSG

另一家新供應商是Vulcan Shield Global（VSG，新加坡），該公司提供由上海榮榮新材料科技（中國上海）有限公司生產的氧化鋁纖維，這兩家公司擁有相同的所有者。榮榮新建的氧化鋁纖維工廠將于2023年開始生產連續纖維和短纖維，產能有望分別擴大至400噸和600噸。VSG作為一家獨立實體，在馬來西亞擁有一些生產基地，并正在積極探索在歐洲建立生產基地。

VSG 的連續纖維采用 ISO 認證的制造工藝和專利溶膠-凝膠技術和工藝制成，其氧化鋁含量各不相同，適用于長期高溫應用，包括：B-70、F-72（1200°C）、C-85（1300°C）和 M-99（1100°C）。VSG 還提供種類繁多的氧化鋁產品，從長纖維和短纖維到紙張、氈制品、針刺無紡布、紡織品、編織物和膠帶。

VSG市場經理Sheng Kai Fong表示：“我們希望幫助緩解全球范圍內這些纖維長期以來的供應不足和價格低廉的問題。我們將利用我們強大的制造能力、全球應用團隊以及先進的研發和工程技術，幫助客戶開發適用于各種應用的定制解決方案，包括之前被其他供應商忽視的產品?！?/span>

來源 | Isovolta

作為全球最大的飛機內飾層壓板和預浸料生產商之一，Isovolta（奧地利維也納新多夫）憑借數十年的經驗，開發出了CERAPREG。這種材料將二氧化硅纖維與硅鋁基質相結合，可承受高達900°C的高溫，但成本卻不像傳統CMC那樣高昂。Isovolta技術副總裁Peter Wagner表示，該公司銷售預浸料是“因為它能讓企業更快地制造零件”。Wagner表示，CERAPREG無毒且易于操作，除了烤箱外無需任何特殊設備。零件也可以使用熱壓機制造。“我們會培訓客戶使用這種材料并制造簡單的零件，但他們無需透露生產什么零件或如何生產的細節。”

CERAPREG 已在多種部件中得到驗證，包括排氣混合器、管道、芯板（上圖）以及電池外殼（上半部分和下半部分），圖中展示了其與 CFRP 的混合結構（下圖）。來源 | Isovolta

如“不同的 Ox-Ox 預浸料”中所述，所得氧化物 CMC (OCMC) 材料具有良好的結構性能，但二氧化硅纖維的純度 >95% 也使其具有與石英類似的介電性能，使 CERAPREG 成為雷達透明罩和機鼻雷達罩的理想材料。Wagner 補充道，雖然二氧化硅纖維可以承受高達 1600°C 的一次性暴露，但它會在 950°C 以上開始降解。Isovolta 繼續在新的應用中測試這些材料，包括與環氧樹脂、氰酸酯和熱塑性復合材料的混合物、電動汽車電池托盤、排氣混合器、CMC 管和用 Euro -Composites（盧森堡埃希特納赫）的 Eco 陶瓷蜂窩制成的夾層結構。Wagner 表示，所有這些都展示了 CERAPREG 具有良好的機械性能和復雜的形狀，而在 1200°C 下的火焰測試表明 5 分鐘后沒有損壞。

Pyromeral Technology （美國加州桑尼維爾）成立于2023年，借鑒Pyromeral（法國巴貝里）數十年的材料開發和使用經驗，致力于進一步推動北美高溫復合材料的發展。其PyroKarb、PyroSic和PyroXide預浸料的加工工藝類似于碳纖維增強聚合物（CFRP），但即使在1100°C及以上溫度下也能保持高性能。專有的土工聚合物基質可通過低溫熱壓罐或壓機固化，使用低成本模具和單一獨立的后固化工藝，輕松鋪層，形成復雜的近凈形狀。無需后續的致密化或滲透工藝，與傳統的CMC相比，制造工藝更簡單，交貨周期更短，零件成本更低。

PyroKarb 采用高模量碳纖維，最高工作溫度可達 540°C；PyroSic 采用碳化硅 (SiC) 纖維，最高工作溫度可達 815°C，與鈦合金相比，分別可減輕 60% 和 75% 的重量。PyroXide 采用氧化鋁纖維，最高工作溫度可達 1100°C，最高溫度可達 1650°C，并具有用于鼻錐和雷達孔徑的射頻穿透性。在排氣噴管方面，與 Inconel 相比，PyroXide 可減輕高達 70% 的重量。

Pyromeral Technology 公司還生產 PyroXide，其寬度為 0.25 英寸（約 0.6 厘米），可卷成千米長的線軸，無需接頭，可用于纏繞錐形和管狀部件。PyroKarb 和 PyroSic 的 Towpreg 版本即將推出。Pyromeral 材料可用于發動機隔熱罩、高超音速尾翼和外部蒙皮，以及先進空中機動系統的電池保護。

高溫材料系統 (HTMS) 使用商用纖維，例如（從上到下）氧化鋁、碳纖維和玻璃纖維，并采用低溫固化基質，以降低 CMC 成本。來源 | HTMS

高溫材料系統公司（HTMS，布里斯托爾）成立于2021年，旨在解決英國缺乏自主（即國內自給自足）CMC生產能力和供應鏈的問題?！拔覀兩a的CMC預浸料的加工方式與聚合物預浸料類似，但可在高達1000°C的溫度下長期使用，”聯合創始人理查德·格蘭杰博士說道。“我們的技術基于一種新型基質化學，可在500-600°C以下固化，而傳統的Ox-Ox固化則需要在1000°C以上。我們的目標是實現室溫至200°C的固化，以便現有的復合材料供應鏈能夠使用這種預浸料。”

“有很多團隊正在研究耐高溫材料，”他繼續說道，“但由于成本過高，他們并沒有真正將其轉化為商業產品，即使是在航空航天領域。我們的方法允許使用更多商用纖維?！?nbsp;目前的HTMS產品包括Ignishield（玄武巖纖維）、ThermaLite（氧化鋁纖維）和Carbonite X（碳纖維）?！斑@些產品顯著降低了成本，而且避免了燒結，這效果顯著，不僅減少了能耗、排放和加工時間，還降低了設備成本。目前的固化過程需要在180-200°C下進行1-2小時，并在爐中進行獨立的后固化，但我們希望在2.0版化學工藝中取消這最后一步?！?/span>

HTMS展示由CMC預浸料制成的電池盒。來源| HTMS

HTMS 目前正在為電池盒零件制造商供應材料，這些材料可承受 30-60 分鐘的各種高溫和火焰測試?！拔覀兲峁┤姹Ｗo，不含任何有機成分，不會引發火災、煙霧或熱負荷，”Grainger 解釋道。該公司正與五家國防和汽車一級供應商/原始設備制造商 (OEM) 以及三家賽車/高性能汽車合作伙伴合作。應用包括 TPS 和隔熱板、排氣部件和制動管道。“我們還與英國創新中心 (UK Innovate) 和羅伊斯研究所 (Royce Institute) 合作了多個項目，”他補充道?！拔覀儎倓偼瓿煞N子輪融資，這將使我們能夠搬遷到更大的廠房，之后我們將提高預浸料的產量，并進一步擴展開發項目?！?/span>

FOX復合材料公司（德國科?。┦堑聡娇蘸教熘行模―LR）科隆材料研究所的一個衍生項目，旨在改進OCMC材料和組件的生產，以實現更廣泛、更大規模的應用。該團隊由DLR科學家Michael Welter博士和Vito Leisner博士領導，采用了DLR自2017年以來開發的兩種工藝，并在小批量零件和DLR飛行任務中得到了驗證。

“真空輔助漿料灌注 [VASI] 源自碳纖維增強塑料 (CFRP) 中使用的真空輔助樹脂灌注 [VARI] 工藝，”Welter 解釋道?！拔覀兺ǔＪ褂谜婵沾械膯蚊婺＞?，然后利用真空將漿料灌注到纖維預制件中。對于我們的灌注制造氧化物陶瓷基復合材料 (CMC) [IFOX] 工藝，我們使用正負兩半模具來確定零件形狀和壁厚。與 RTM 工藝類似，將纖維預制件放入模具系統中，然后施加真空和壓力進行漿料灌注和干燥。干燥的坯體可以從模具中脫出并燒結形成 OCMC?！?/span>

FOX復合材料公司開發了三種適用于不同使用溫度的漿料系統，并分別與二氧化硅、氧化鋁和莫來石纖維配合使用。迄今為止，該公司的大部分部件都使用了機織織物，但其工藝幾乎可以使用任何類型的纖維預制件，例如毛氈、短纖維或混合物，Leisner說道，“而且，我們看到根據客戶設計定制的3D預制件具有更大的潛力?！?/span>

與此同時， Americarb（位于美國紐約州尼亞加拉瀑布城）正在提升其CMC熱加工能力。該公司成立于2002年，專注于生產最高溫度可達2500°C的C/C和特種石墨，供應板材、管材、爐具/支架和定制零件。該公司采用垂直整合模式，擁有碳纖維預浸料生產線、高壓釜、機械加工和裝配能力，以及一臺30×40×40英尺（約90×10×10米）的900°C碳化爐和18臺最高溫度可達3000°C的感應爐，可生產尺寸最大可達2.4×3.4米的大型部件。Americarb支持國防、航天、核能、電池、燃料電池和氫電解等領域的應用，并正在開發OCMC和SiC產能。

此外，還有更多正在持續發展的新技術?！癈MC 是下一場材料革命，”美國宇航局蘭利中心空間與高超音速應用材料 (AMSH) 團隊高級技術專家兼負責人戴維·E·格拉斯博士說道。該團隊使用 PWT 和其他測試基礎設施，以及多尺度建模和學科專家來支持成功的設計、制造和飛行?！癈MC 有可能在太空、國防、交通和能源領域帶來顛覆性變革，為能夠成功實施這些技術的公司和國家帶來豐厚回報。但挑戰也同樣巨大。研究人員、制造商和最終用戶之間的協作與合作是實現其快速普及所需進步的關鍵?！?/span>