Marktgröße und -anteil von Keramikmatrix-Verbundwerkstoffen nach Produkt (Oxide, Siliziumkarbid und Kohlenstoff); und Anwendung – Globale Angebots- und Nachfrageanalyse, Wachstumsprognosen, Statistikbericht 2025-2037

Sektor der keramischen Verbundwerkstoffe: Wachstumstreiber und Herausforderungen

Wachstumstreiber

• Erweiterung des Endverbraucherkreises: Die zunehmende Verbreitung von Keramikmatrix-Verbundwerkstoffen in verschiedenen Endverbrauchssektoren beschleunigt das Wachstum des globalen Marktes erheblich. CMCs bieten hervorragende thermische Stabilität, mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit und eignen sich daher ideal für anspruchsvolle Umgebungen. Ihre hohe Leistungsfähigkeit bei extremen Temperaturen hat zu einer verstärkten Nutzung in der Luft- und Raumfahrt, der Energie- und der Verteidigungsindustrie geführt.
  
  In der Luft- und Raumfahrt werden CMCs in Gasturbinen, Wärmeschutzsystemen für Wiedereintrittsfahrzeuge und Triebwerkskomponenten integriert, um Gewicht zu reduzieren, die Kraftstoffeffizienz zu verbessern und intensiver Hitze standzuhalten. Der Energiesektor profitiert von CMCs in Anwendungen wie Wärmetauschern und Fusionsreaktorwänden aufgrund ihrer überlegenen Oxidations- und Strahlungsbeständigkeit. Darüber hinaus haben Fortschritte in der Verteidigungstechnologie die Nachfrage nach langlebigen und leichten Materialien angekurbelt. CMCs sind daher unverzichtbar für ballistischen Schutz, Raketensysteme und Hyperschallfahrzeuge. Dieses erweiterte Anwendungsspektrum fördert das robuste Marktwachstum für keramische Matrixverbundwerkstoffe und fördert weitere Innovationen.
  
  Ein bemerkenswertes Beispiel hierfür ist die Safran-Gruppe, die bedeutende Fortschritte in der CMC-Technologie erzielt hat, insbesondere für Flugzeugtriebwerksanwendungen. Über ihre Tochtergesellschaft Safran Ceramics konzentriert sich das Unternehmen auf die Entwicklung und Produktion fortschrittlicher CMC-Komponenten zur Verbesserung der Triebwerksleistung und zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs. Safran setzt CMCs aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer Hitzebeständigkeit in Heißteilen von Flugzeugtriebwerken ein, was zu einem höheren thermischen Wirkungsgrad und geringeren Emissionen beiträgt.

• Fortschritte in der Fertigungstechnologie: Jüngste Innovationen in der Fertigungstechnologie haben das Wachstum des Marktes für keramische Matrixverbundwerkstoffe deutlich vorangetrieben, indem sie wichtige Herausforderungen in Bezug auf Skalierbarkeit und Komplexität adressiert haben. Techniken wie additive Fertigung und hybride Verarbeitungsverfahren ermöglichen es Herstellern, komplexe CMC-Komponenten mit höherer Präzision und Materialeffizienz herzustellen. Die additive Fertigung ermöglicht die Herstellung komplexer Formen, die mit konventionellen Fertigungsverfahren bislang schwierig oder unmöglich zu realisieren waren. Dies führt zu weniger Materialabfall, beschleunigten Produktionszyklen und verbesserten Anpassungsmöglichkeiten.
  
  Hybride Verarbeitungsverfahren, die Elemente verschiedener Fertigungstechniken kombinieren, verbessern die mechanischen und thermischen Eigenschaften von CMCs weiter und machen sie so besser geeignet für anspruchsvolle Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, im Energie- und Verteidigungssektor. Diese technologischen Fortschritte tragen maßgeblich dazu bei, die historisch hohen Kosten und die eingeschränkte Skalierbarkeit der CMC-Produktion zu überwinden. CoorsTek, ein weltweit führendes Unternehmen im Bereich technischer Keramik, nutzt aktiv fortschrittliche Fertigungstechniken, darunter additive und hybride Verfahren, um die Leistung und Wirtschaftlichkeit seiner CMC-Produkte zu verbessern. Dadurch konnte CoorsTek kritische Anwendungen in der Energie-, Luft- und Raumfahrt- und Elektronikindustrie bedienen.

Herausforderungen

• Hohe Produktionskosten: Der komplexe Herstellungsprozess, der Bedarf an Spezialausrüstung und qualifizierten Arbeitskräften machen die Herstellung von CMCs teuer. Der komplexe und arbeitsintensive Herstellungsprozess, der Faserverstärkung, Matrixinfiltration, Verdichtung und Präzisionsbearbeitung umfasst, erfordert Spezialausrüstung und hochqualifizierte Arbeitskräfte. Diese Faktoren, gepaart mit strengen Qualitätskontrollprotokollen und niedrigen Produktionsausbeuten, führen zu hohen Gesamtkosten. Materialverschwendung und hohe Ausschussraten während der Herstellung tragen zusätzlich zu Ineffizienzen in der Produktion bei. Trotz ihrer überlegenen Leistungsmerkmale beschränken diese Kostenbeschränkungen den Einsatz von CMC auf High-End-Anwendungen, vor allem in der Luft- und Raumfahrt sowie im Verteidigungsbereich, und verhindern so eine breitere Marktdurchdringung in kostensensiblen Branchen.

• Materialsprödigkeit: CMCs sind zwar bei hohen Temperaturen fest, können aber unter bestimmten mechanischen Belastungen spröde werden, was ihre Anwendung in dynamischen Umgebungen einschränkt. Diese Sprödigkeit schränkt ihren Einsatz in dynamischen Umgebungen ein, in denen Komponenten Stößen, Vibrationen oder schwankenden Belastungen ausgesetzt sind. Daher stoßen Branchen wie die Automobil- und Schwermaschinenindustrie oft auf Einschränkungen bei der vollständigen Einführung von CMCs für breitere Anwendungen. Um dieses Problem zu lösen, sind kontinuierliche Innovationen im Verbunddesign, bei Verstärkungstechniken und bei Hybridmaterialien erforderlich, um die Zähigkeit zu verbessern und gleichzeitig die Hochleistungseigenschaften von CMCs zu erhalten.