Il mercato globale dei compositi a matrice ceramica (CMC) potrebbe raggiungere i 22 miliardi di dollari entro il 2030. Questa previsione è data dalla crescente necessità di soluzioni ingegneristiche idonee all’utilizzo in ambienti difficili e a temperature estreme.
Per favorire lo sviluppo di una catena di fornitura CMC in grado di far avanzare i sistemi di propulsione degli aeromobili nel Regno Unito, l’Aerospace Technology Institute (ATI) ha avviato il progetto CERCOMP UK. A sostenere questa impresa sarà il consorzio High Value Manufacturing Catapult (HVMC), guidato dal National Composites Center insieme all’Advanced Manufacturing Research Center (AMRC) dell’Università di Sheffield e al Manufacturing Technology Center (MTC).
Una sfida a livello mondiale
Con un peso pari ad un terzo di quello delle leghe metalliche e una resistenza alle alte temperature fino a 1.000°C, i CMC a base di ossido garantiscono ai motori a getto un funzionamento più efficiente e a spinta più elevata. Su alcuni veicoli si ipotizza che la tecnologia CMC consenta una spinta potenziata del 25% con un consumo di carburante ridotto del 15%, permettendo di abbattere le emissioni inquinanti e di migliorare la durata dei propulsori. Tuttavia, l’importanza delle tecnologie basate sui CMC per il settore della difesa fa sì che queste siano spesso controllate a livello di esportazioni da Stati Uniti, Giappone, Francia e Germania. Ciò ha portato alla crescita dei costi delle catene di approvvigionamento internazionali e ha limitato gli investimenti diffusi nelle tecnologie CMC.
La time-line del progetto di ricerca
Gli esperti di ingegneria di CERCOMP UK inizialmente si sono concentrati sull’analisi comparativa delle prestazioni dei prodotti per fornire all’industria britannica le conoscenze necessarie per fabbricare nuovi prodotti CMC. Quindi hanno identificato i materiali a basso costo e le opzioni di produzione. Hanno valutato vantaggi e criticità della lavorazione CMC, sia con metodi tradizionali che innovativi, allo scopo di dare all’industria la fiducia necessaria a scegliere i CMC per la realizzazione dei propri componenti. Hanno quindi effettuato alcuni Test non distruttivi (NDT) ad alta velocità e a basso costo, in modo da identificare le migliori pratiche di produzione CMC per garantire uno sviluppo del prodotto più rapido ed efficace, con tassi di scarto inferiori. Hanno quindi fatto uno studio di fattibilità e una previsione dell’efficacia delle riparazioni per ripristinare l’integrità strutturale e prolungare la vita dei componenti CMC, riducendo il loro impatto sull’ambiente. Infine, hanno esplorato le opzioni per lo sviluppo di una catena di fornitura di materiali, ingegneria e prodotti con sede nel Regno Unito.
La progettazione del dimostratore
Lo studio sullo sprint, durato due anni, ha consentito al consorzio di sviluppare un dimostratore di dischi CMC. Realizzato con un materiale prodotto presso l’NCC e lavorato congiuntamente dall’AMRC e dall’MTC, il dimostratore misura 39 mm ed è in grado di funzionare in condizioni cicliche termiche pesanti. Al momento è sottoposto ad un test, elaborato dal partner industriale Bladon Micro Turbine, volto a verificarne le capacità in situazioni difficili. Si prevede che i risultati dimostreranno la stabilità a lungo termine, l’usura e la resistenza chimica delle CMC ox-ox a temperature elevate in ambienti altamente ossidanti.
I vantaggi nel prossimo futuro
Il progetto CERCOMP UK ha portato alla creazione di una catena di approvvigionamento e una filiera interna in grado di fornire all’industria britannica una gamma di servizi tecnologici necessari per produrre CMC. Grazie alle conoscenze sviluppate in CERCOMP UK, il consorzio HVMC potrebbe avere la capacità di diventare un cluster tecnologico per lo sviluppo e la differenziazione delle offerte del mercato CMC del Regno Unito, anche in settori diversi da quello aerospaziale.
La diffusione delle CMC nel Regno Unito richiede l’accesso a un’ampia varietà di attrezzature e conoscenze specialistiche. Pertanto, l’NCC sta lanciando un gruppo di lavoro per promuovere la collaborazione e la comunicazione tra gli specialisti del territorio. La creazione di una rete CMC con sede nel Regno Unito potrà essere sfruttata dalle aziende del settore per sviluppare materiali avanzati di ultima generazione.
