I+D: materiales de alto rendimiento
Desarrollo y ensayo de nuevos materiales de alta temperatura y sistemas de protección térmica para aplicaciones entre 1500 y 3000 °C. Un campo de investigación en la interfaz entre la tecnología de refractarios, la ciencia de materiales y la tecnología de defensa.
I+D: materiales de alto rendimiento
Escenarios de aplicación
Los requisitos que la industria de defensa impone a los materiales de alta temperatura superan cada vez más el rendimiento de los materiales refractarios convencionales. Los sistemas de protección térmica (TPS) para vehículos de reentrada, los materiales compuestos de matriz cerámica (CMC) para motores y los materiales ablativos para toberas de cohetes exigen materiales que funcionen de forma fiable entre 1500 y 3000 °C.
En colaboración con socios de investigación como los institutos Fraunhofer y el Centro Aeroespacial Alemán (DLR), SBS Refractory Service trabaja en la transferencia de la experiencia refractaria industrial a estas aplicaciones extremas. Nuestra aportación está en la realización práctica: de la escala de laboratorio a la fabricación de prototipos, de la idea de material al componente cualificado.
Este ámbito se plantea deliberadamente como un campo de futuro. No todas las tecnologías están ya disponibles como producto acabado, pero las bases están sentadas y el trabajo de desarrollo avanza a pleno ritmo.
De un vistazo
- Contratos de cooperación con institutos de investigación y universidades
- Resultados sujetos en parte a protección de información clasificada o a acuerdos de propiedad intelectual
- Ciclos de desarrollo largos (TRL 3–6, proyectos plurianuales)
- Datos de materiales y resultados de ensayo con trazabilidad completa
- Escalabilidad de la escala de laboratorio a la fabricación de prototipos
- Equipos interdisciplinarios: ciencia de materiales, construcción de hornos e ingeniería de procesos
Así trabajamos en I+D: materiales de alto rendimiento
Procedimientos probados y equipamiento especializado para obtener resultados óptimos.
Sistemas de protección térmica (TPS)
Desarrollo de materiales y estructuras que soportan temperaturas de reentrada de hasta 3000 °C. Combinación de aislamiento, ablación y radiación para una disipación controlada del calor.
Materiales compuestos de matriz cerámica (CMC)
Materiales CMC oxídicos y no oxídicos (SiC/SiC, Ox/Ox) para servicio continuo a 1200–1500 °C. Más ligeros que el metal, más resistentes que la cerámica convencional y tolerantes al daño gracias al refuerzo con fibras.
Materiales ablativos
Desarrollo de materiales para una descomposición térmica controlada. Compuestos de resina fenólica, compuestos carbono-carbono (C/C) y materiales UHTC (ZrB₂, HfB₂) para temperaturas extremas.
Técnicas de ensayo de alta temperatura
Construcción y operación de bancos de pruebas para la caracterización de materiales en condiciones extremas: túneles de viento de plasma, hornos de radiación y bancos de ensayo de choque térmico.
Paso a paso hacia el resultado
De forma estructurada, transparente y dentro de plazo: así trabajamos.
Análisis de requisitos y concepto
Definición de las condiciones de uso y de los requisitos del material junto con el cliente.
Perfiles temperatura-tiempo, cargas mecánicas, entorno químico y geometría. Búsqueda bibliográfica y evaluación de los enfoques de solución existentes. Propuesta de concepto con materiales candidatos.
Selección de materiales y ensayos de laboratorio
Selección y fabricación de muestras de material y caracterización a escala de laboratorio.
Fabricación de probetas, ensayos mecánicos (resistencia a la flexión, resistencia a la compresión, tenacidad a la fractura), análisis térmico (conductividad térmica, coeficiente de dilatación) y ensayos de ablación.
Fabricación de prototipos
Escalado de la escala de laboratorio a dimensiones representativas del componente.
Fabricación de prototipos con geometría real. Optimización de los parámetros de fabricación (sinterización, CVI, infiltración de polímeros). En colaboración con socios de investigación y talleres de fabricación especializados.
Cualificación y ensayo
Demostración de las propiedades del material en condiciones próximas a las de uso.
Ensayos en demostradores: ensayos en túnel de viento de plasma para TPS, ensayos con gas caliente de turbina para CMC y ensayos de ablación con flujos de calor realistas. Documentación según estándares aeronáuticos y espaciales.
Transferencia de tecnología
Traslado de los materiales y procesos cualificados a la preparación de la producción en serie.
Documentación de fabricación, concepto de aseguramiento de la calidad y formación del personal de producción. Acompañamiento de los primeros lotes de serie. Optimización continua de los materiales a partir de datos de campo.
Flujos de materiales en I+D: materiales de alto rendimiento
Separación, valorización y eliminación conformes a la normativa de todos los materiales generados.
Cerámica compuesta de fibra SiC/SiC
CMC no oxídico con fibras de carburo de silicio en matriz de SiC. Servicio continuo hasta 1400 °C en atmósfera oxidante. Un 60 % más ligero que las superaleaciones base níquel con una resistencia comparable.
Compuestos C/C (carbono-carbono)
Material compuesto de fibras de carbono en matriz de carbono. La mayor resistencia específica de todos los materiales a temperaturas de hasta 3000 °C, aunque solo en gas inerte o en vacío (se oxida en aire a partir de 500 °C).
UHTC (ZrB₂, HfC, HfB₂)
Cerámicas de ultra alta temperatura con puntos de fusión superiores a 3000 °C. Desarrollo de materiales compuestos (UHTC + fibras de SiC) para estructuras resistentes a la oxidación sometidas a las cargas térmicas más extremas.
Aislamiento a base de aerogel
Materiales aislantes nanoporosos con una conductividad térmica < 0,015 W/mK. Extremadamente ligeros (densidad < 200 kg/m³) y reforzados mecánicamente mediante fibras. Rango de uso hasta 1200 °C.
Escenarios de aplicación
Situaciones habituales en las que se recurre a I+D: materiales de alto rendimiento.
Desarrollo de sistemas de protección térmica para vehículos de reentrada y misiles hipersónicos
Componentes CMC para motores de nueva generación
Toberas ablativas de cohetes y toberas de expansión
Aislamiento de alta temperatura para aplicaciones espaciales
Cualificación de materiales y construcción de bancos de pruebas para condiciones extremas
Preguntas frecuentes
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