超高温セラミックマトリックス複合材

超高温セラミックマトリックス複合材（UHTCMC ）は、一般的なCMCよりも大幅に高い融点を持つ耐火セラミックマトリックス複合材（CMC）の一種です。 ^[1]他の用途の中でも、長時間の極度の熱に耐える能力があり、熱保護システム（TPS）やロケットノズルなどの用途で重要な特性を持つことから、航空宇宙工学分野では広範囲に研究されています。炭素繊維強化炭素（C/C）は、2000℃まで構造的完全性を維持します。^{[2]しかし、C/Cは主に}アブレーション材料として使用され、エネルギーを消散させるために極度の温度下で意図的に侵食されるように設計されています。炭素繊維強化シリコンカーバイドマトリックス複合材 ( C/SiC ) およびシリコンカーバイド繊維強化シリコンカーバイドマトリックス複合材 ( SiC/SiC ) は、シリコンカーバイドが硬くて侵食が少なく、酸化中にシリカガラス層を形成して内部の材料のさらなる酸化を防ぐため、再利用可能な材料であると考えられています。ただし、特定の温度を超えると (酸素分圧の環境条件に依存)、シリコンカーバイドマトリックスの活性酸化が始まり、ガス状の一酸化シリコン( SiO _(g) ) が生成され、その結果、さらなる酸化に対する保護が失われ、材料が制御不能かつ急速に侵食されます。このため、C/SiC および SiC/SiC は 1200° - 1400 °C の温度範囲で使用されます。

CMC は軽量素材で、高温でも高い強度対重量比、高い耐熱衝撃性と靭性を備えていますが、使用中に浸食されます。一方、超高温セラミック(ZrB ₂、HfB ₂、またはそれらの複合材など) で作られたバルクセラミックは、2000 °C 以上でも浸食が少ない硬い素材ですが、重く、CMC に比べて壊滅的な破壊と耐熱衝撃性が低くなります。小さな欠陥や傷から始まる亀裂のため、機械的または熱機械的負荷を受けると簡単に破損します。UHTC マトリックスを繊維強化複合材に使用して、航空宇宙分野の再利用可能なコンポーネントを製造する可能性はまだ調査中です。

欧州委員会は、2016年（現在も継続中）の研究および技術開発のための枠組み計画のNMP-19-2015公募の下で、シリコンカーバイド繊維と炭素繊維で強化さ^れた新しいクラスの超耐火セラミックマトリックス複合材料の設計、開発、製造、試験のための研究プロジェクトC3HARME [3] [4] に資金を提供した。この複合材料は、可能な限りほぼゼロのアブレーション熱保護システム（TPS）材料（例：ヒートシールド）や推進力（例：ロケットノズル）としての厳しい航空宇宙環境での用途に適している。^{[5] [6]} 2000℃を超える耐熱性を持つ再利用可能な先端材料の需要が高まっている。^{[7] [8] [9]}最近、スラリー浸透（SI）および焼結によって得られた炭素繊維強化ジルコニウムホウ化物ベースの複合材料が研究されている。^{[10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20]}

欧州委員会は、 2016年に研究技術開発枠組み計画のNMP-19-2015公募の下で研究プロジェクトC3HARMEに資金を提供し（現在も継続中）、厳しい航空宇宙環境での用途に適したシリコンカーバイド繊維と炭素繊維で強化された新しいクラスの超耐火セラミックマトリックス複合材料の設計、開発、製造、試験を行っています。^[21]