최근 뉴스에 따르면, 캘리포니아에 본사를 둔 MATECH가 유명 방위 계약자와 계약을 체결하여 해당 회사의 탄소 섬유 강화 ZrOC(C/ZrOC) 세라믹 매트릭스 복합재를 사용하여 비행 테스트를 위한 초음속 미사일 하우징을 개발했습니다. MATECH는 2023년 올해 프로그램을 위해 50kg의 세라믹 매트릭스 복합재(CMC)를 성공적으로 생산했습니다.
MATECH에서 개발한 초고온(UHT) 및 고도로 차원 안정된 구조적 절연체는 고속에서 초음속 미사일 케이스와 관련된 고온 문제를 극복하는 데 도움이 됩니다. 이러한 미사일 케이스는 초음속 조건에서 비행할 경우 매우 뜨거워지므로 더 빨리 날수록 더 뜨거워집니다.
MATECH의 C/ZrOC 세라믹 매트릭스 복합재는 저비용, 확장성 및 제조 용이성을 갖춘 저절삭 초음속 소재입니다. 여러 정부 연구소에서 극한 정지 압력에서 2760도 이상의 온도에서 테스트되었습니다. 또한 이 회사는 이 세라믹 기반 복합재의 제조 비용이 더 무겁고 성능이 떨어지는 금속 대응 제품과 같거나 그보다 적다고 말합니다.
방어용 초음속 미사일 케이스 외에도 MATECH의 C/ZrOC 열 보호 시스템(TPS)은 상업용 우주선의 재사용 가능한 방열판에 이상적입니다. 또한 MATECH의 C/ZrOC는 달 귀환과 화성 귀환의 극심한 열 플럭스를 견딜 수 있습니다.
초고온 복합소재에 대한 MATECH의 장기적 헌신
MATECH는 1989년 창립 이래 고온 및 초고온(UHT) 세라믹 섬유와 세라믹 매트릭스 복합 기술의 상용화에 전념해 왔습니다. MATECH는 탄화규소(SiC), 질화규소/탄화규소(SiNC), 산화규소 탄소(SOC), 질화규소(Si3N4) 및 하프노센 탄화(HfC)를 제조하기 위한 다양한 프리세라믹 폴리머를 개발했습니다. 이 모든 것이 고온 구조 응용 분야에 사용됩니다.
초음속 노즈팁은 미사일 소재에 가장 까다로운 초고온(UHT) 응용 분야라고 할 수 있습니다. 모양을 유지하는 것은 미사일 작동에 중요합니다. 실리콘 카바이드와 같은 고밀도 열가압 세라믹은 가장 낮은 산화 및 절삭 속도를 제공합니다. 그러나 세라믹은 열 충격 저항성이 낮고 인성이 낮습니다. 반면 세라믹 매트릭스 복합재(CMC)는 높은 인성을 제공합니다.
현재 세라믹 매트릭스 복합재의 일반적인 제조 방법은 40-50% 밀도의 CMC로 시작한 다음 현장 지원 소결 기술(FAST)을 사용하는 것입니다. 이 방법은 100%에 훨씬 못 미치는 밀도로 끝나고 섬유가 파괴되면서 성능이 매우 떨어집니다. 따라서 회사는 프리폼의 처음부터 더 밀도가 높아야 하며 다공성을 7-10%까지 낮춰야 한다는 필요성을 인식했으며, 회사는 그 이후로 최대 99.9% 밀도의 SiC/SiC로 10분 이내에 CMC에서 기대하는 강도와 인성을 달성할 수 있음을 성공적으로 입증했습니다.
탄소-탄소(C/C) 복합재는 1958년에 탄도 재진입 노즈팁 소재로 처음 개발되었으며, 고밀도 탄소-탄소(HDCC) 복합재는 우수한 특성을 가지고 있지만 고온 및 정체 유동 압력에서 매우 높은 절삭률을 보입니다. 이를 바탕으로 MATECH는 C/ZrOC 복합재로 알려진 매우 낮은 절삭률의 초음속 소재를 개발했으며, 이는 저렴하고 대량 생산이 가능하며 제조가 용이합니다. 미국 미사일 방어국의 강력한 지원을 받아 MATECH는 초고온(UHT) C/ZrOC TPS 및 추진 변형에 대한 초음속 및 미사일 방어 응용 분야에 대한 사전 자격 심사를 받았습니다. 이러한 제품은 중요한 방위 및 민간 우주 요구 사항을 충족하기 위해 고성능과 제조 용이성을 위해 특별히 개발되었습니다.
그리고 1월에 MATECH는 초고밀도 탄소 섬유 강화 탄소 매트릭스(C/C) 복합재를 개발했다고 발표했습니다. 이 획기적인 신기술은 C/C 복합재를 현재 사용 가능한 C/C 소재보다 20배 더 마모 및 산화에 강하게 만들 것이며, 초음속 미사일 및 탄도 재돌입과 같은 까다로운 노즈 및 선두 구성품에 사용될 것으로 예상됩니다.