為了能夠以非常高的速度到達非常遠的距離，星際探測器可能需要執行“Oberth機動”，這將使探測器靠近太陽擺動，并利用太陽的引力將探測器彈射向深空。為了實現這一目標，研究人員正在開發一種輕質、超高溫的材料，用于探測器的太陽防護罩。

作為回應，高溫材料開發商Advanced Ceramic Fibers LLC（ACF，美國愛達荷州）最近與APL開展了一個為期7個月的項目，以開發能夠承受3500°C（6332°F）高溫的潛在材料。該項目于2020年2月至8月進行，ACF的超高溫陶瓷基復合材料（CMC）取得了有希望的初步結果。

CMCs通常用于飛機發動機和其他高溫應用中，具有重量輕、耐高溫特性，經過初步測試，由ACF公司的專有CMC材料制成的試樣顯示出達到或超過美國NASA溫度目標的可能性，并具有蒸汽壓力低特點，且同時可保持機械強度要求。

直接纖維轉換

ACF公司成立于2012年，已開發并申請了其所謂的直接轉化工藝（DCP）專利，該工藝通過將碳纖維絲束經連續工藝，將每根碳纖維長絲的外層轉化為金屬碳化物如碳化硅（SiC/C）。ACF首席執行官Ken Koller指出，與其他CMC相比，這種工藝的不同之處在于它是一種纖維轉化工藝，而不是涂層。

通過ACF的直接轉化工藝，制備得到的轉化PAN基碳纖維，基體PAN基碳纖維為每根長絲的黑色中心，均勻的白色外層為碳化硅（SiC）

由此產生的纖維束被稱為Fi-Bar，之所以這樣命名是因為“當它與金屬和陶瓷等材料結合時，就像鋼筋一樣”。結合陶瓷基體和其他專有材料，Fi-Bar是ACF 的CMC材料的基礎，專為在極端溫度環境中使用而設計。

“我們的CMC可以根據具體應用使用不同的材料進行修改，”Koller介紹，ACF擁有一項美國專利，涵蓋了元素周期表中35種金屬碳化物。這意味著，理論上，我們可以使用鈦、鉿、鋯等作為金屬碳化物，通過直接轉化工藝來加工Fi-Bar。

航天用超高溫CMCs

ACF對超高溫CMC應用的首次重大嘗試來自于2016-2021年與美國海軍研究辦公室（ONR）合作的SBIR第二階段項目。ACF的任務是開發先進的、纖維增強的CMC，能夠承受1371°C（2700°F）的高溫。Koller介紹，這種材料是ACF的專利產品QuadXe，將用于制造軍用飛機結構的渦輪發動機部件，而軍用飛機結構以前的工作溫度限制在2500°F左右。

作為ACF與ONR共同開展項目的一部分，五個NASA設計的渦輪發動機葉片進行了高溫測試，每個葉片由Fi-Bar增強CMC制成，測試溫度高達2900°F，其中一個樣品能夠達到3120°F，無外部損壞，內部Fi-Bar碳纖維芯保持完好。

他補充說，在隸屬于一家未透露姓名的美國渦輪發動機制造商的美國研究中心進行測試后，其中一個測試部件實際能夠達到1704°C（3100°F）的工作溫度。這一點的意義在于，渦輪發動機運行溫度越高，效率就越高，這節省了運行成本，使飛行員能夠飛得更快。

與ONR項目相比，星際探測器的概念需要更高的溫度——超過 3,000°C 持續數小時——以及更復雜的幾何結構。重量輕、結構完整性、機械強度和屏蔽尺寸也是關鍵考慮因素。鎢是一種超高溫材料，過去曾被用于隔熱罩，對于概念中所列的最初的泡沫填充夾層隔熱罩設計來說，鎢太重了。

基于ACF對SiC-CMC材料的ONR研究的基礎，新的APL研究的重點是ACF的加工技術是否可以擴展到CMC的開發，這種CMC是基于其他幾種以超高溫性能著稱的金屬碳化物。ACF的專有工藝生產的金屬碳化物CMC樣品據說具有非常低的蒸汽壓和低密度。

采用火焰測試和真空加熱對樣品進行測試，這些材料顯示出輕質、低蒸氣壓材料的潛力，擴展了目前碳纖維材料的2000°C（3632°F）上限，并且這些材料在至少2900°C（5252°F）的溫度下仍可保持高機械強度，溫度甚至可以更高。APL的初步報告總結：第一階段項目的結果證明了開發具有超高溫能力的全新材料的潛力。