セラミックマトリックス複合材料の市場展望

セラミックマトリックス複合材料の市場展望

リサーチアンドマーケッツのレポートによると, 国際市場調査機関, 世界のセラミックマトリックス複合材料市場は米ドルから成長すると予想されます 11.35 億で 2021 米ドルへ 12.26 億で 2022, のCAGRで 8.05%. 市場は米ドルに成長すると予想されます 17.15 億で 2026 のCAGRで 8.75%.

セラミック材料は、高融点などの優れた特性を持っています, 高硬度, 耐食性, および耐酸化性, 極端な環境条件で使用できます, したがって、それらは工学の分野で急速に開発されてきました, 特に航空業界では, 航宇, 自動車, 軍事およびその他の分野. しかし, 脆さ, mechanical unreliability and low electrical conductivity of 陶芸 limit their wide application. セラミックマトリックスに第2相材料を導入することは、セラミック材料の構造と特性を改善する効果的な方法です.

その結果, セラミック matrix composites came into being.

セラミック基複合材料 (ティッカー) セラミックマトリックスで構成されています, 強化繊維と界面層. 繊維は強化材料としてセラミックマトリックスに導入され、繊維を補強相として、セラミックマトリックスを連続相とする複合材料を形成します.

高温耐性の特徴があります, 耐摩耗性, 高温耐クリープ性, 低い熱伝導率, 低い熱膨張係数, 耐薬品性, 高強度, 高硬度, 誘電体と波の伝達.

有機材料ベースおよび金属ベースの材料が性能要件を満たすことができない作業条件で広く使用できるため, 理想的な高温構造材料になっています, そしてそれは人々によってますます注目されています.

特に, 軽量として, 高性能構造複合材料, それは高温分野で広く利用されています, 航空エンジンに好まれる材料となっています, 特に航空エンジンのコアコンポーネント. これを考慮して, 多くの国がセラミックス基複合材料の研究を積極的に行っています.

Composites are still emerging; the established volume work remains alumina, covered in precision cutting of alumina.

C/SiCセラミックマトリックス複合材料

炭素繊維は低密度の特性を持っているだけではありません, 高い比強度, 耐摩耗性, 耐食性, 電気伝導度, 熱伝導率, 低摩擦係数, また、優れた高温機械的特性も備えています.

不活性雰囲気および上記の環境下で 2000 °C, 機械的特性はまだ低下しません. しかし, その高温酸化耐性は貧弱です, だからそれは通常金属と混合されています, 陶芸, 樹脂, 等. 航空宇宙や軍事産業などの最先端技術分野で使用される高度な複合材料を準備する.

熱構造セラミックマトリックス複合材料の分野で, 炭化ケイ素は、その優れた高温機械的特性により、マトリックス材料の主要な候補の1つになっています。 (強度, 耐酸化性, 耐クリープ性, 等。), 低い熱膨張係数と摩擦係数, 優れた熱伝導率と電気伝導率.

しかし, SiCセラミックスの欠点は、脆いことです.

C / SiCセラミックマトリックス複合材料は、炭素繊維を添加することによりSiCセラミックを強化します, 亀裂のたわみによって材料に破壊エネルギーを吸収させることができます, 炭素繊維の引き抜きと破壊、および破壊プロセス中のその他のメカニズム.

材料の強度と靭性を高めるだけではありません, SiCマトリックスの優れた高温性能も保持します, これは、高性能の高度な構造材料を調製するための優れた方法です.

高性能航空エンジンの主な候補材料となっています, ガスタービンホットエンドコンポーネントなどのデバイスに徐々に適用されます, 高速ブレーキ, 核エネルギー, および熱交換器.

SiCf/SiCコンポジット

SiCf / SiCセラミックマトリックス複合材料とは、強化材料としてSiCセラミックマトリックスにSiCファイバーを導入し、導入されたSiC強化繊維を分散相として、SiCセラミックマトリックスを連続相として複合材料を形成することを指します。.

SiCf / SiCセラミックマトリックス複合材料は、高温耐性の利点を保持しています, 高強度, 耐酸化性, SiCセラミックスの耐食性と耐衝撃性. 同時に, SiC繊維の強化と強化の効果があります, SiCセラミックスの低い破壊靭性と外部衝撃荷重に対する耐性が低いという固有の欠陥を克服します.

総合特性に優れた高温熱構造材料として, SiCf/SiCコンポジットは航空業界で幅広い応用の見通しがあります, 航宇, 核エネルギー, 自動車・その他分野, 欧米各国の研究拠点となっています.

酸化物/酸化物セラミックマトリックス複合材料

Ox/Ox複合材料とは、マトリックスとしての酸化物セラミックと酸化物繊維と複合材料化された材料のクラスを指します (一般的に 10-12 直径μm). この材料の耐熱性はSiCf / SiCよりもわずかに低いです (約1150°C), しかし、酸化の問題がないので,

その耐用年数は数万時間に達することができます, 低密度との組み合わせ (約2.5グラム/cm3) そしてリーズナブルな価格, ターボシャフトに適した材料です, ガスタービンコアエンジン高温構造とターボジェット, ターボファンエンジンテールノズル構造.

マトリックスの観点から, 国内外の現在の研究の焦点は依然として石英マトリックスです, ムライトマトリックスとアルミナマトリックス. 繊維に関して, 主に3つのカテゴリに分けられます: 石英ファイバー, アルミノケイ酸塩繊維とアルミナ繊維.

グラフェン/セラミックマトリックス複合材料

グラフェンは優れた機械的性質を持っています, 電気的および熱的特性, 最も魅力的な素材の1つになっています. 同時に, グラフェンは比表面積が大きく、セラミックマトリックスに分散しやすい, セラミックマトリックス複合材料の界面特性を改善し、セラミックマトリックスとの組み合わせを強化できます.

電子の移動に有益です, フォノンと機械的応力, 優れた性能を持つセラミック複合材料の調製に理想的なフィラーです. 多くの研究により、グラフェン/セラミック複合材料が優れた機械的特性を有することが示されています, 電気伝導度, 熱伝導率, 摩擦と耐摩耗性, 等.

概要

航空宇宙および防衛分野での多数のセラミックマトリックス複合材料の適用に加えて, 将来的には世界中で軽量車に対する高い需要もセラミックマトリックス複合材料市場の急速な成長を促進するでしょう.

電気自動車の航続距離を伸ばすために, バッテリー性能の向上に加えて, 別の方法は、車の重量を減らすことです. これにより、自動車メーカーは、車両のより重い鋼と鉄を置き換えるために、軽量の複合材料に注意を向けるようになります。, セラミックマトリックス複合材料は間違いなく最も重要な候補の1つです.

マッキンゼーのデータによると, 自動車産業における軽量材料の使用は、 30% 宛先 70% によって 2030, セラミックマトリックス複合材料市場の発展を大幅に促進します.

よくある質問

What is a ceramic matrix composite (ティッカー)?

A ceramic matrix composite is composed of a ceramic matrix, 強化繊維と界面層. Fibers are introduced into the ceramic matrix as a reinforcing phase, forming a composite with high temperature resistance, 耐摩耗性, 耐クリープ性, 低い熱伝導率, low thermal expansion and high strength that monolithic ceramics cannot reliably deliver because of their brittleness.

How big is the ceramic matrix composites market?

According to Research And Markets, the global CMC market grew from USD 11.35 億で 2021 to an expected USD 12.26 億で 2022 のCAGRで 8.05%, and it is expected to reach USD 17.15 億で 2026 のCAGRで 8.75%.

What is the difference between C/SiC and SiCf/SiC composites?

C/SiC composites strengthen a silicon carbide matrix with carbon fibers, which absorb fracture energy through crack deflection, fiber pull-out and fracture while keeping the SiC matrix’s high-temperature performance. SiCf/SiC composites instead introduce SiC fibers into the SiC matrix, retaining high temperature, 酸化, corrosion and impact resistance while overcoming the low fracture toughness of SiC ceramics.

Why are ceramic matrix composites preferred for aero-engines?

CMCs work where organic and metal-based materials cannot meet performance requirements: they are lightweight, high-temperature resistant structural materials with high strength, low thermal expansion and chemical corrosion resistance. C/SiC has become a main candidate material for high-performance aero-engines, and Oxide/Oxide composites are preferred for turboshaft, gas turbine core and turbojet or turbofan tail nozzle structures.

What will drive future demand for ceramic matrix composites?

Beyond aerospace and defense, global demand for lightweight vehicles is the key driver. To increase electric vehicle cruising range, automakers are replacing heavier steel and iron with lightweight composites. McKinsey expects lightweight materials in the automotive industry to increase from 30% 宛先 70% によって 2030, greatly promoting the CMC market.

Ensollエンジニアリングチームによるレビュー.