Investigação e desenvolvimento: materiais de alto desempenho
Desenvolvimento e ensaio de novos materiais de alta temperatura e sistemas de proteção térmica para aplicações entre 1 500 e 3 000 °C. Um campo de investigação na interface entre a engenharia de refratários, a ciência dos materiais e a tecnologia de defesa.
Investigação e desenvolvimento: materiais de alto desempenho
Cenários de aplicação
Os requisitos impostos aos materiais de alta temperatura na indústria de defesa ultrapassam cada vez mais o desempenho dos materiais refratários convencionais. Os sistemas de proteção térmica (TPS) para veículos de reentrada, os compósitos cerâmicos reforçados com fibras (CMC) para motores e os materiais ablativos para tubeiras de foguetes exigem materiais que funcionem de forma fiável entre 1 500 e 3 000 °C.
Em colaboração com parceiros de investigação como os institutos Fraunhofer e o Centro Aeroespacial Alemão (DLR), a SBS Refractory Service trabalha na transferência da competência industrial em refratários para estas aplicações extremas. O nosso contributo está na concretização prática: da escala laboratorial ao fabrico de protótipos, da ideia de material ao componente qualificado.
Esta área está deliberadamente posicionada como um campo de futuro. Nem todas as tecnologias estão já disponíveis como produto acabado, mas as bases estão lançadas e o trabalho de desenvolvimento está em pleno curso.
Em resumo
- Contratos de cooperação com institutos de investigação e universidades
- Resultados parcialmente sujeitos a proteção de informação classificada ou a acordos de propriedade intelectual
- Ciclos de desenvolvimento longos (TRL 3–6, projetos plurianuais)
- Dados de materiais e resultados de ensaios com rastreabilidade completa
- Escalabilidade da escala laboratorial ao fabrico de protótipos
- Equipas interdisciplinares: ciência dos materiais, construção de fornos, engenharia de processos
Como trabalhamos: Investigação e desenvolvimento: materiais de alto desempenho
Processos comprovados e equipamento especializado para resultados ideais.
Sistemas de proteção térmica (TPS)
Desenvolvimento de materiais e estruturas que suportam temperaturas de reentrada até 3 000 °C. Combinação de isolamento, ablação e radiação para uma dissipação controlada do calor.
Compósitos cerâmicos reforçados com fibras (CMC)
Materiais CMC óxidos e não óxidos (SiC/SiC, Ox/Ox) para serviço contínuo a 1 200–1 500 °C. Mais leves do que o metal, mais resistentes do que a cerâmica convencional e tolerantes a danos graças ao reforço com fibras.
Materiais ablativos
Desenvolvimento de materiais para decomposição térmica controlada. Compósitos de resina fenólica, compósitos carbono-carbono (C/C) e materiais UHTC (ZrB₂, HfB₂) para temperaturas extremas.
Técnicas de ensaio a alta temperatura
Construção e operação de bancos de ensaio para a caracterização de materiais em condições extremas: túneis de vento de plasma, fornos de radiação, bancos de ensaio de choque térmico.
Passo a passo até ao resultado
Estruturado, transparente e dentro do prazo: é assim que trabalhamos.
Análise de requisitos e conceito
Definição das condições de utilização e dos requisitos dos materiais em conjunto com o cliente.
Perfis temperatura-tempo, cargas mecânicas, ambiente químico, geometria. Pesquisa bibliográfica e avaliação das abordagens existentes. Proposta de conceito com materiais candidatos.
Seleção de materiais e ensaios laboratoriais
Seleção e produção de amostras de material, caracterização à escala laboratorial.
Produção de provetes, ensaios mecânicos (resistência à flexão, resistência à compressão, tenacidade à fratura), análise térmica (condutibilidade térmica, coeficiente de dilatação), ensaios de ablação.
Fabrico de protótipos
Aumento de escala do laboratório para dimensões relevantes para o componente.
Fabrico de protótipos com a geometria real. Otimização dos parâmetros de fabrico (sinterização, CVI, infiltração de polímeros). Em colaboração com parceiros de investigação e empresas de fabrico especializadas.
Qualificação e ensaio
Comprovação das propriedades dos materiais em condições próximas das de utilização.
Ensaios em demonstradores: ensaios em túnel de vento de plasma para TPS, ensaios com gases quentes de turbina para CMC, ensaios de ablação com fluxos de calor realistas. Documentação segundo normas aeronáuticas e espaciais.
Transferência de tecnologia
Transferência dos materiais e processos qualificados para a preparação da produção em série.
Documentação de fabrico, conceito de garantia da qualidade, formação do pessoal de produção. Acompanhamento dos primeiros lotes de série. Otimização contínua dos materiais com base em dados de campo.
Fluxos de materiais: Investigação e desenvolvimento: materiais de alto desempenho
Separação, valorização e eliminação adequadas de todos os materiais gerados.
Cerâmica compósita de fibras SiC/SiC
CMC não óxido com fibras de carboneto de silício em matriz de SiC. Serviço contínuo até 1 400 °C em atmosfera oxidante. 60 % mais leve do que as superligas à base de níquel, com resistência comparável.
Compósitos C/C (carbono-carbono)
Compósito de fibras de carbono em matriz de carbono. A maior resistência específica de todos os materiais a temperaturas até 3 000 °C, mas apenas sob gás inerte ou vácuo (oxida ao ar a partir de 500 °C).
UHTC (ZrB₂, HfC, HfB₂)
Cerâmicas de ultra-alta temperatura com pontos de fusão acima de 3 000 °C. Desenvolvimento de compósitos (UHTC + fibras de SiC) para estruturas resistentes à oxidação sob as solicitações térmicas mais extremas.
Isolamento à base de aerogel
Materiais isolantes nanoporosos com condutibilidade térmica < 0,015 W/mK. Extremamente leves (densidade < 200 kg/m³), reforçados mecanicamente por inserção de fibras. Gama de utilização até 1 200 °C.
Cenários de aplicação
Situações típicas em que se recorre a Investigação e desenvolvimento: materiais de alto desempenho.
Desenvolvimento de sistemas de proteção térmica para veículos de reentrada e mísseis hipersónicos
Componentes CMC para motores da próxima geração
Tubeiras de foguetes ablativas e tubeiras de expansão
Isolamento de alta temperatura para aplicações espaciais
Qualificação de materiais e construção de bancos de ensaio para condições extremas
Perguntas frequentes
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