Perspectives du marché des composites à matrice céramique

Perspectives du marché des composites à matrice céramique

Selon un rapport de Research And Markets, Un institut international d’études de marché, le marché mondial des composites à matrice céramique devrait croître de USD 11.35 milliards en 2021 à USD 12.26 milliards en 2022, à un TCAC de 8.05%. Le marché devrait atteindre USD 17.15 milliards en 2026 à un TCAC de 8.75%.

Les matériaux céramiques ont d’excellentes propriétés telles qu’un point de fusion élevé, Dureté élevée, résistance à la corrosion, et résistance à l’oxydation, et peut être utilisé dans des conditions environnementales extrêmes, Ils se sont donc rapidement développés dans le domaine de l’ingénierie, Surtout dans l’aviation, aérospatial, automobile, Militaire et autres domaines. Toutefois, la fragilité, la fiabilité mécanique insuffisante et la faible conductivité électrique de céramique limitent leur application étendue. L’introduction du matériau de la deuxième phase dans la matrice céramique est un moyen efficace d’améliorer la structure et les propriétés des matériaux céramiques.

En conséquence, céramique les composites à matrice sont apparus.

Composites à matrice céramique (CMC) sont composés d’une matrice céramique, fibres de renforcement et couche d’interface. Les fibres sont introduites dans la matrice céramique en tant que matériaux de renforcement pour former un matériau composite avec des fibres en phase de renforcement et une matrice céramique en phase continue.

Il a les caractéristiques d’une résistance aux hautes températures, Résistance à l’usure, résistance au fluage à haute température, faible conductivité thermique, faible coefficient de dilatation thermique, résistance à la corrosion chimique, Haute résistance, Dureté élevée, Transmission diélectrique et ondulatoire.

Parce qu’il peut être largement utilisé dans des conditions de travail où les matériaux organiques et métalliques ne peuvent pas répondre aux exigences de performance, Il est devenu un matériau structurel idéal à haute température, et il a été de plus en plus écouté par les gens.

En particulier, en tant que poids léger, Matériau composite structurel haute performance, Il est largement utilisé dans les champs à haute température, et est devenu le matériau de prédilection des moteurs d’avion, en particulier les composants de base des moteurs d’avion. Compte tenu de ce qui précède,, De nombreux pays mènent activement des recherches sur les composites à matrice céramique.

Les composites sont encore en développement; le travail volumique établi reste l'alumine, couverte dans découpe de précision de l'alumine.

Composites à matrice céramique C/SiC

La fibre de carbone n’a pas seulement les caractéristiques d’une faible densité, haute résistance spécifique, Résistance à l’usure, résistance à la corrosion, conductivité électrique, conductivité thermique, et faible coefficient de frottement, mais possède également d’excellentes propriétés mécaniques à haute température.

Dans une atmosphère inerte et un environnement au-dessus 2000 °C, les propriétés mécaniques ne diminuent toujours pas. Toutefois, Sa résistance à l’oxydation à haute température est faible, il est donc généralement composé de métaux, céramique, résines, etc. préparer des matériaux composites avancés utilisés dans des domaines technologiques de pointe tels que l’aérospatiale et les industries militaires.

Dans le domaine des composites à matrice céramique structurale thermique, Le carbure de silicium est devenu l’un des principaux candidats pour les matériaux matriciels en raison de ses excellentes propriétés mécaniques à haute température (force, résistance à l’oxydation, résistance au fluage, etc.), faible coefficient de dilatation thermique et de frottement, excellente conductivité thermique et électrique.

Toutefois, l’inconvénient des céramiques SiC est qu’elles sont cassantes.

Les composites à matrice céramique C/SiC renforcent les céramiques SiC en ajoutant des fibres de carbone, qui peut faire absorber l’énergie de rupture du matériau au moyen de la déviation des fissures, Arrachement et rupture de la fibre de carbone et autres mécanismes pendant le processus de fracture.

Il améliore non seulement la résistance et la ténacité du matériau, mais conserve également les excellentes performances à haute température de la matrice SiC, ce qui est un excellent moyen de préparer des matériaux structurels avancés à haute performance.

Il est devenu le principal matériau candidat pour les moteurs d’avion haute performance, et sera progressivement appliqué à des dispositifs tels que les composants de la tête chauffante des turbines à gaz, freins à grande vitesse, énergie nucléaire, et échangeurs de chaleur.

Composites SiCf/SiC

Le matériau composite à matrice céramique SiCf/SiC fait référence à l’introduction de fibres de SiC dans la matrice céramique SiC en tant que matériau de renforcement pour former un matériau composite, les fibres de renforcement SiC introduites étant la phase dispersée et la matrice céramique SiC étant la phase continue.

Les composites à matrice céramique SiCf/SiC conservent les avantages de la résistance aux hautes températures, Haute résistance, résistance à l’oxydation, résistance à la corrosion et aux chocs des céramiques SiC. En même temps, il a pour effet de renforcer et de durcir les fibres SiC, qui surmonte les défauts inhérents à la faible résistance à la rupture et à la faible résistance aux chocs externes des céramiques SiC.

En tant que matériau structurel thermique à haute température avec d’excellentes propriétés globales, Le composite SiCf/SiC a de larges perspectives d’application dans l’aviation, aérospatial, énergie nucléaire, automobile et autres domaines, et est devenu un haut lieu de la recherche dans divers pays occidentaux.

Composites à matrice céramique oxyde/oxyde

Les matériaux composites Ox/Ox font référence à une classe de matériaux qui sont composites avec des céramiques d’oxyde sous forme de matrice et de fibres d’oxyde (généralement 10-12 μm de diamètre). La résistance à la température de ce matériau est légèrement inférieure à celle du SiCf/SiC (environ 1150°C), mais parce qu’il n’y a pas de problème d’oxydation,

Sa durée de vie peut atteindre des dizaines de milliers d’heures, combiné à une faible densité (environ 2,5 g/cm3) et à un prix raisonnable, C’est le matériau préféré pour les turbomoteurs, Structure à haute température du moteur à turbine à gaz et turboréacteur, Structure de la tuyère de queue du turboréacteur.

En termes de matrice, L’objectif de recherche actuel au pays et à l’étranger est toujours la matrice de quartz, matrice mullite et matrice d’alumine. En termes de fibres, Il est principalement divisé en trois catégories: fibre de quartz, Fibre d’aluminosilicate et fibre d’alumine.

Composites graphène/matrice céramique

Le graphène a une excellente mécanique, Propriétés électriques et thermiques, ce qui en fait l’un des matériaux les plus attrayants. En même temps, Le graphène a une grande surface spécifique et est plus facile à disperser dans la matrice céramique, qui peuvent améliorer les propriétés d’interface des composites à matrice céramique et améliorer la combinaison avec la matrice céramique.

Il est bénéfique pour le transfert d’électrons, phonons et contraintes mécaniques, et est une charge idéale pour la préparation de composites céramiques avec d’excellentes performances. De nombreuses études ont montré que les composites graphène/céramique ont d’excellentes propriétés mécaniques, conductivité électrique, conductivité thermique, résistance au frottement et à l’usure, etc.

résumé

En plus de l’application d’un grand nombre de composites à matrice céramique dans les domaines de l’aérospatiale et de la défense, La forte demande de véhicules légers dans le monde entier à l’avenir favorisera également la croissance rapide du marché des composites à matrice céramique.

Afin d’augmenter l’autonomie des véhicules électriques, en plus d’augmenter les performances de la batterie, Une autre méthode consiste à réduire le poids de la voiture. Cela incitera les constructeurs automobiles à se tourner vers les composites légers pour remplacer l’acier et le fer plus lourds dans les véhicules, avec les composites à matrice céramique sans aucun doute l’un des candidats les plus importants.

Selon les données de McKinsey, L’utilisation de matériaux légers dans l’industrie automobile devrait augmenter de 30% À 70% par 2030, ce qui favorisera grandement le développement du marché des composites à matrice céramique.

Questions fréquemment posées

Qu'est-ce qu'un composite à matrice céramique (CMC)?

Un composite à matrice céramique est composé d'une matrice céramique, fibres de renforcement et couche d’interface. Des fibres sont introduites dans la matrice céramique comme phase de renforcement, formant un composite avec une résistance élevée à la température, Résistance à l’usure, résistance au fluage, faible conductivité thermique, une faible dilatation thermique et une grande résistance que les céramiques monolithiques ne peuvent pas fournir de manière fiable en raison de leur fragilité.

Quelle est la taille du marché des composites à matrice céramique?

Selon Research And Markets, le marché mondial des CMC est passé de USD 11.35 milliards en 2021 à un USD attendu 12.26 milliards en 2022 à un TCAC de 8.05%, et il est prévu d'atteindre USD 17.15 milliards en 2026 à un TCAC de 8.75%.

Quelle est la différence entre les composites C/SiC et SiCf/SiC?

Les composites C/SiC renforcent une matrice en carbure de silicium avec des fibres de carbone, qui absorbent l'énergie de fracture par déviation de fissure, l'arrachage et la fracture des fibres tout en conservant la performance à haute température de la matrice SiC. Les composites SiCf/SiC, en revanche, introduisent des fibres de SiC dans la matrice SiC, conservant la résistance à haute température, oxydation, à la corrosion et aux impacts tout en surmontant la faible ténacité à la fracture des céramiques SiC.

Pourquoi les composites à matrice céramique sont-ils préférés pour les moteurs aéronautiques?

Les CMC fonctionnent là où les matériaux organiques et métalliques ne peuvent pas répondre aux exigences de performance: ce sont des matériaux structurels légers, résistants à haute température avec une grande résistance, faible dilatation thermique et résistance à la corrosion chimique. Le C/SiC est devenu un matériau candidat principal pour les moteurs aéronautiques haute performance, et les composites oxyde/oxyde sont préférés pour les turboshaft, le cœur de la turbine à gaz et les structures des buses arrière de turbojets ou turbofans.

Ce qui stimulera la demande future de composites à matrice céramique?

Au-delà de l'aérospatiale et de la défense, la demande mondiale de véhicules légers est le principal moteur. Pour augmenter l'autonomie des véhicules électriques, les constructeurs automobiles remplacent l'acier et le fer plus lourds par des composites légers. McKinsey prévoit que les matériaux légers dans l'industrie automobile augmenteront de 30% À 70% par 2030, favorisant grandement le marché des CMC.

Examiné par l'équipe d'ingénierie Ensoll.