CFRPとCMCの間のギャップを埋める

500°F / 230°Cを超える使用温度で高性能構造を可能にする材料は限られています。オプションは基本的にチタンなどの金属とインコネル、ポリイミド（PI）またはセラミックマトリックス複合材料（CMC）などの合金です。これらはすべて、従来の炭素繊維強化ポリマー（CFRP）複合材料よりも大幅にコストがかかりますが、CMCは、密度が低いために関心を集めています。インコネルの約3分の1、チタンの約2分の1です。 American Ceramic Society Bulletin の2019年4月の記事によると、CMCの欠点は、部品の製造に必要な処理時間が長く、30日足らずであるということです。 。

しかし、Pyromeral（Barbery、France）は、このギャップを埋める製品ファミリーを開発し、CFRPに近い処理で最大1,500°Cの性能を提供し、約1週間で部品を製造します。 「私たちは、長い溶融浸透ステップなしで連続繊維で強化された高度なガラスセラミックマトリックスを可能にする新しい化学を開発しました」とPyromeralのセールスおよびマーケティングディレクターであるGuillaumeJandinは説明します。同社は、高弾性炭素、炭化ケイ素、酸化アルミニウム繊維でそれぞれ強化されたPyroKarb、PyroSic、PyroXideの材料を、通常は2 x 2のツイル生地の形で提供しており、繊維体積分率（FVF）が50の複合材料になっています。 ％。

熱性能係数

Jandinは、3つのPyromeral材料すべてが1000°C以上で1時間未満の性能を発揮する一方で、PyroKarbは200°Cで長期（1,000時間未満）、500°Cで最大100時間のサービスを提供すると説明しています。 PyroSicは、500°Cで長期サービスを提供し、800°Cで最大100時間サービスを提供します。 PyroXideは、最大1,500°Cの短いサービスを提供します。これは、Ox-Ox CMCのパフォーマンスに非常に近いものですが、低コストです。

「実際の部品の熱性能は多くの要因に依存します」とJandinは言います。 「これらには、熱の種類（放射、対流）、部品の一部の領域を冷却するのに役立つ空気の流れがあるかどうか、および必要な構造特性（たとえば、非構造熱シールドまたは半構造部品）が含まれます。材料が連続的な高温で機能するか、短時間のフラッシュで機能するかどうかも重要です」と彼は付け加えます。 「PyroSicとPyroKarbは後者でうまく機能します。たとえば、1000°Cを10分の1秒間繰り返し、冷却してから繰り返します。約3.10 ^-6 の低い熱膨張係数（CTE） µm / m / Kは、CTEが10.10 ^-6 を超える傾向がある金属と比較した場合の利点です。 µm / m / K。これらのタイプの金属は、急速な高温の熱サイクルに対応するために応力が発生し、疲労により劣化しますが、当社の材料はそうではありません。」

CFRPのような処理、高温アプリケーション

「私たちは、マトリックス材料を室温で液体になるように発明し、含浸機を使用してプリプレグを作成しました」とJandin氏は述べています。プリプレグはCF /エポキシツールに配置されます。 「マトリックスはアルカリ性で反応する可能性があるため、金属製の工具は使用しません」と彼は付け加えます。 「次のステップは、100°C、6バールで約12時間のオートクレーブ緻密化です。」部品は型から外され、自立して500〜1,000°Cの2段階の熱プロセスを経て、マトリックスのセラミック化が完了し、構造部品が生成されます。

パイロメラルはF1レースカーで早い段階で成功を収めました。 「当社の材料は、エンジン周辺やブレーキ周辺の熱シールドに使用されており、温度は500〜700°Cに達します」とJandin氏は言います。 「2012-13F1シーズン中、ザウバーを除くすべての車は、エンジンの排気ガス（800°C）を導くために部品に当社の材料を使用していました。これらの構造は、排気ガスとシャーシの両方からの振動にも耐えました。現在、F1のすべてのカーレースにコンポーネントがあります。」

「また、高性能断熱材を材料に統合して、厚さ6mmの700°Cの落下に耐えることができます」と彼は続けます。 「たとえば、CF /エポキシで作られたF1レースカーのギアボックス（180°C未満にとどまる必要があります）が900〜950°Cでターボチャージャーから20ミリメートル以内に収まるようにするコンポーネントを製造しています。」その他のアプリケーションには、 Ariane 5 に認定されたPyroXide熱シールドが含まれます。 アリアン6 のロケットと部品 、および大型無人航空機（UAV）用のPyroSic排気口。

Pyromeralは、Composite Resources（Rock Hill、S.C.、U.S。）と提携して、米国での市場を拡大しています（「複合材料製造のニッチの構築」を参照）。両社は規模が似ており、レースで長い歴史を共有しています。 「部品の設計と製造における私たちの経験は、Pyromeralが化学と材料の性能に焦点を合わせていることを補完するものです」とCompositeResourcesの事業開発ディレクターであるMelvilClausonは述べています。

両社は、さらに高い耐熱性に対する顧客の要求に応え、レドームやアンテナで使用するためのPyroXideの高い無線周波数（RF）の透明性を特徴づけるために取り組んでいます。 「超音速航空機や、空軍以外の非常に広範な防衛用途、および商用ジェットエンジンに関心が集まっています」と、Clauson氏は述べています。

「パイロメラル製品も将来を見据えています」とClauson氏は言います。「石油ベースの物質が含まれておらず、溶媒として水のみが含まれているためです。他の成分は鉱物であり、寿命の切れた部品を他の用途で再利用できる粉末に加工することができます。」