Volgens het laatste nieuws heeft het in Californië gevestigde MATECH een contract getekend met een vooraanstaande defensie-aannemer voor de ontwikkeling van behuizingen voor hypersonische raketten voor vluchtproeven met behulp van de met koolstofvezel versterkte ZrOC (C/ZrOC) keramische matrixcomposieten van het bedrijf. In 2023 produceerde MATECH met succes 50 kilogram aan keramisch-matrixcomposietmateriaal (CMC) voor het programma van dit jaar.
De ontwikkeling door MATECH van structurele isolatoren die bestand zijn tegen ultrahoge temperaturen (UHT) en zeer maatvast zijn, helpt de uitdagingen op het gebied van hoge temperaturen te overwinnen die gepaard gaan met de behuizing van hypersonische raketten bij hoge snelheden. Deze raketbehuizingen worden erg heet wanneer ze onder hypersonische omstandigheden vliegen. Hoe sneller ze vliegen, hoe heter ze worden.
MATECH's C/ZrOC keramische matrixcomposiet is een hypersonisch materiaal met lage ablatie dat goedkoop, schaalbaar en eenvoudig te fabriceren is. Het is getest bij temperaturen van meer dan 2760 graden bij extreme stilstandsdruk in meerdere overheidslaboratoria. Bovendien zegt het bedrijf dat de productiekosten van dit op keramiek gebaseerde composiet gelijk zijn aan of lager zijn dan die van zijn zwaardere, minder capabele metalen tegenhangers.
Naast hypersonische raketbehuizingen voor defensie is MATECH's C/ZrOC Thermal Protection System (TPS) ideaal voor herbruikbare hitteschilden op commerciële ruimtevaartuigen. Bovendien kan MATECH's C/ZrOC de extreme hittestromen van de maan- en Mars-retour weerstaan.
MATECH's langetermijnverbintenis met ultrahogetemperatuurcomposieten
Sinds de oprichting in 1989 heeft MATECH zich toegelegd op de commercialisering van hoge en ultrahoge temperatuur (UHT) keramische vezel- en keramische matrixcomposiettechnologieën. MATECH heeft een reeks pre-keramische polymeren ontwikkeld voor de fabricage van siliciumcarbide (SiC), siliciumnitride/siliciumcarbide (SiNC), siliciumoxidekoolstof (SOC), siliciumnitride (Si3N4) en hafnoceencarbide (HfC). Deze worden allemaal gebruikt in structurele toepassingen met hoge temperaturen.
Hypersonische neuspunten zijn waarschijnlijk de meest veeleisende ultrahoge temperatuur (UHT) toepassingen voor raketmaterialen. Vormbehoud is cruciaal voor raketwerking. Thermisch geperste keramiek met hoge dichtheid, zoals siliciumcarbide, biedt de laagste oxidatie- en ablatiesnelheden. Keramiek heeft echter een slechte thermische schokbestendigheid en lage taaiheid. Daarentegen bieden keramische matrixcomposieten (CMC's) een hoge taaiheid.
Momenteel is de gebruikelijke bereidingsmethode voor keramische matrixcomposieten om te beginnen met 40-50% dichtheid CMC en vervolgens Field Assisted Sintering Technique (FAST) te gebruiken, wat resulteert in dichtheden die ver van 100% liggen en zeer slecht presteren omdat de vezels worden vernietigd. Het bedrijf erkende daarom de noodzaak om vanaf het begin van de preform dichter te zijn, met porositeit tot 7-10%, wat het bedrijf sindsdien met succes heeft aangetoond dat kan worden bereikt in minder dan 10 minuten met tot 99,9% dichte SiC/SiC met de sterkte en taaiheid die van CMC wordt verwacht.
Carbon-Carbon (C/C) composieten werden voor het eerst ontwikkeld in 1958 als ballistisch re-entry neustip materiaal, en hoewel High Density Carbon-Carbon (HDCC) composieten uitstekende eigenschappen hebben, hebben ze zeer hoge ablatiesnelheden bij hoge temperaturen en stagnerende stromingsdrukken. Op basis hiervan ontwikkelde MATECH een hypersonisch materiaal met zeer lage ablatiesnelheid, bekend als C/ZrOC composieten die goedkoop, massaal te produceren en eenvoudig te produceren zijn. Met sterke steun van de US Missile Defense Agency heeft MATECH de pre-kwalificatiestatus bereikt voor hypersonische en raketverdedigingstoepassingen voor zijn Ultra High Temperature (UHT) C/ZrOC TPS en voortstuwingsvarianten. Deze werden specifiek ontwikkeld voor hoge prestaties en eenvoudige productie om te voldoen aan kritieke defensie- en civiele ruimtebehoeften.
En in januari kondigde MATECH aan dat het ultra-high density carbon fiber reinforced carbon matrix (C/C) composieten heeft ontwikkeld. Deze baanbrekende nieuwe technologie zal C/C composieten 20 keer beter bestand maken tegen ablatie en oxidatie dan de momenteel beschikbare C/C materialen, en zal naar verwachting worden gebruikt in veeleisende neus- en voorrandcomponenten zoals hypersonische raketten en ballistische re-entry.