세라믹 매트릭스 복합재 시장 - 글로벌 산업 규모, 점유율, 추세, 기회 및 예측, 제품 유형(C/C 세라믹 매트릭스 복합재, C/SIC 세라믹 매트릭스 복합재, 산화물/산화물 세라믹 매트릭스 복합재 및 SIC/SIC 세라믹 매트릭스 복합재), 응용 분야(자동차, 항공우주, 국방, 에너지 및 전력, 전기 및 전자, 기타), 지역 및 경쟁별로 세분화, 2019-2029F

시장 개요

글로벌 세라믹 매트릭스 복합재 시장은 2023년에 104억 6천만 달러 규모로 평가되었으며, 2029년까지 9.76%의 CAGR로 예측 기간 동안 강력한 성장을 보일 것으로 예상됩니다. 일반적으로 CMC라고 하는 세라믹 매트릭스 복합재는 다양한 세라믹 물질로 형성된 세라믹 매트릭스 내에 포함된 세라믹 섬유로 구성된 복합 재료 범주를 구성합니다. 탄소 섬유와 탄소 자체도 세라믹 재료 영역에 포함된다는 점에 주목할 가치가 있습니다. CMC는 균열 저항성, 부식에 대한 안정성, 신장 기능, 열 충격에 대한 회복성, 동적 하중 허용 오차 및 뚜렷한 이방성 특성과 같은 다양한 속성을 보여줍니다. 이 다재다능한 소재는 항공우주 및 방위, 자동차, 에너지 및 전력, 산업용 애플리케이션을 포함한 다양한 분야에서 광범위하게 활용됩니다.

주요 시장 동인

항공우주 산업에서 세라믹 매트릭스 복합재에 대한 수요 증가

끊임없이 진화하는 항공우주 엔지니어링 분야에서 우수한 성능 특성을 가진 혁신적인 소재에 대한 탐구는 항상 원동력이었습니다. 최근 몇 년 동안 상당한 주목과 관심을 얻은 그러한 소재 중 하나가 세라믹 매트릭스 복합재(CMC)입니다. 강도, 내열성 및 경량 특성의 뛰어난 조합으로 CMC는 항공우주 분야의 다양한 애플리케이션에서 획기적인 솔루션으로 부상하고 있습니다. 이름에서 알 수 있듯이 세라믹 매트릭스 복합재는 세라믹 매트릭스에 세라믹 섬유가 포함된 고급 소재입니다. 이 고유한 구조는 소재에 놀라운 기계적 강도, 뛰어난 열 안정성 및 금속 및 합금과 같은 기존 소재의 성능을 훨씬 능가하는 극한 온도에 대한 저항성을 부여합니다. 중량 감소와 고온 성능 측면에서 엄격한 요구 사항으로 유명한 항공우주 산업은 CMC에서 유망한 동맹을 찾았습니다. 현대 항공우주 공학은 경계를 넓히는 것과 동의어입니다. 연료 효율이 더 높고, 속도가 더 빠르고, 우주 여행의 혹독한 조건을 견딜 수 있는 항공기에 대한 필요성은 최첨단 소재에 대한 수요를 촉진했습니다. 바로 여기서 CMC가 등장합니다. 고유한 특성 조합은 항공우주 부문이 직면한 주요 과제를 해결합니다. 제트 엔진, 열 보호 시스템 또는 구조적 구성 요소이든 CMC는 그 가치를 입증하고 있습니다.

CMC가 상당한 영향을 미치는 가장 중요한 영역은 제트 엔진 설계입니다. 더 높은 추력 대 중량 비율과 향상된 연료 효율성에 대한 수요로 인해 터빈 구성 요소에 대한 새로운 소재에 대한 탐구가 이루어졌습니다. CMC는 기존 소재의 한계를 훨씬 뛰어넘는 온도에서 구조적 무결성을 유지할 수 있는 능력을 갖추고 있어 더욱 효율적이고 강력한 제트 엔진을 만들 수 있습니다.

우주선 재진입 및 초음속 비행은 극심한 열적 문제를 야기합니다. 차량이 지구 대기에 재진입할 때 섭씨 2500도를 초과할 수 있는 온도에 직면합니다. 기존 소재는 이러한 조건에 대처하기 위해 고군분투합니다. 여기서 CMC는 뛰어난 단열 특성을 보여주어 열 보호 시스템에 이상적인 선택이 됩니다. 구조적 무결성을 유지하면서 높은 열 플럭스를 견딜 수 있는 능력으로 인해 CMC는 임무의 안전과 성공을 보장하는 데 중요한 요소가 됩니다.

기존 탄소 섬유 복합재는 이미 무게와 강도의 균형을 제공함으로써 항공 우주 산업에 혁명을 일으켰으며, CMC는 이 패러다임을 완전히 새로운 수준으로 끌어올립니다. 고유한 경량 특성과 뛰어난 내열성이 결합되어 엔지니어는 견고할 뿐만 아니라 훨씬 더 가벼운 구조를 설계할 수 있습니다. 무게 감소는 탑재량 증가, 연료 소비 감소, 전반적인 효율성 개선으로 이어져 예측 기간 동안 시장 수요로 이어집니다.

자동차 부문에서 세라믹 매트릭스 복합재에 대한 수요 증가

현대 문명의 초석인 자동차 산업은 끊임없는 혁신으로 인해 놀라운 변화를 겪고 있습니다. 향상된 성능, 향상된 연료 효율성, 감소된 환경 영향에 대한 요구가 가장 중요해짐에 따라 이러한 과제를 충족할 수 있는 새로운 소재에 대한 탐구가 본격화되고 있습니다. 산업의 주목을 끄는 그러한 소재 중 하나가 세라믹 매트릭스 복합재(CMC)입니다. 강도, 가벼움, 내열성이 뛰어난 CMC는 자동차 부문에서 게임 체인저 솔루션으로 빠르게 부상하고 있습니다. 세라믹 매트릭스 복합재는 세라믹 섬유와 세라믹 매트릭스를 결합하여 기존 소재의 한계를 극복하는 구조를 만든 고급 소재입니다. 끊임없는 개선에 의해 주도되는 산업에서 CMC는 뛰어난 기계적 특성으로 주목을 받고 있습니다. 피스톤에서 배기 시스템에 이르기까지 자동차에서 CMC의 잠재적 응용 분야는 다양하고 혁신적입니다.

자동차의 심장은 후드 아래에 있으며, 여기서 파워트레인은 차량을 추진하는 에너지를 생성합니다. 바로 여기서 CMC가 각인을 찍고 있습니다. 극한의 온도와 기계적 응력에 노출된 엔진 구성 요소는 CMC의 열 안정성과 강도로부터 엄청난 이점을 얻을 수 있습니다. 피스톤, 실린더 라이너 및 배기 시스템은 CMC가 빛을 발할 수 있는 분야로, 향상된 효율성과 내구성을 약속합니다.

환경에 대한 글로벌 우려가 계속 커지고 있으며, 자동차 산업은 탄소 발자국을 줄여야 하는 압박을 받고 있습니다. 전기 자동차(EV)가 유망한 솔루션으로 등장했으며, CMC는 이러한 솔루션의 성공에 기여하고 있습니다. CMC는 가벼운 솔루션을 제공함으로써 EV의 효율성을 높여 배터리 수명을 늘리고 주행 거리를 늘립니다.

에너지 및 전력 부문에서 증가하는 세라믹 매트릭스 복합소재 수요

지속 가능성, 효율성 및 회복력에 대한 시급한 필요성에 의해 에너지 및 전력 분야가 엄청난 변화를 겪고 있습니다. 이러한 역동적인 환경에서 첨단 소재의 등장이 핵심적인 역할을 하고 있으며, 두드러지는 소재 중 하나가 세라믹 매트릭스 복합소재(CMC)입니다. 뛰어난 열적 특성, 기계적 강도 및 극한 조건에 대한 내성을 갖춘 CMC는 다양한 응용 분야에서 에너지 및 전력 부문을 혁신할 준비가 되어 있습니다. 에너지 부문의 중추는 효율적이고 안정적으로 전력을 생성하는 능력입니다. CMC는 이러한 노력의 초석으로 빠르게 부상하고 있습니다. CMC의 뛰어난 열 안정성은 고온에 노출된 구성 요소에 이상적인 선택입니다. 예를 들어, 가스터빈에서 CMC는 연소 중에 발생하는 강렬한 열을 견딜 수 있으므로 발전의 전반적인 효율성을 향상시킵니다.

세계는 더 깨끗하고 효율적인 에너지 솔루션을 찾고 있으며, 가스터빈은 상당한 주목을 받고 있습니다. 이 터빈은 발전소에서 항공에 이르기까지 다양한 에너지 응용 분야에서 중요한 역할을 합니다. CMC는 가스터빈의 내부 작동을 혁신할 준비가 되어 있습니다. 뛰어난 내열성과 극한 조건에서 기계적 무결성을 유지하는 능력은 더 높은 연소 온도와 더 높은 전반적인 효율성을 가능하게 하여 궁극적으로 배출량을 줄이고 성능을 향상시킵니다. 이와 함께 태양열은 CMC가 혁신의 파장을 일으키는 또 다른 영역입니다. 전기 생산을 위해 태양열을 활용하도록 설계된 집광 태양열 발전(CSP) 시스템은 강렬한 열을 견딜 수 있는 재료에 의존합니다. 고온에서 구조적 무결성을 유지할 수 있는 능력을 갖춘 CMC는 CSP 구성 요소에 대한 선호되는 선택이 되어 햇빛을 전력으로 효율적으로 변환합니다. 또한 핵에너지는 양극화되어 있지만 글로벌 에너지 믹스에 여전히 크게 기여하고 있습니다. 이 분야에서는 안전성과 내구성이 가장 중요합니다. CMC는 방사선, 고온 및 기계적 응력에 대한 뛰어난 내성을 가지고 있어 핵 반응로 내 중요 구성 요소에 유망한 소재로 자리매김하고 있습니다. 그 결과 안전성이 향상되고 작동 수명이 길어지며 발전 효율이 향상됩니다.

주요 시장 과제

복잡성과 비용 문제가 시장 확장에 큰 장애물이 됨

CMC 시장이 직면한 두드러진 과제 중 하나는 복잡하고 비용이 많이 드는 제조 공정입니다. CMC는 일반적으로 고온, 압력 및 여러 단계의 가공을 포함하는 복잡한 기술을 통해 제조됩니다. 이러한 절차에는 특수 장비와 숙련된 노동력이 필요하여 생산 비용이 상승합니다. 제조 비용이 높기 때문에 항공우주, 에너지, 자동차 등 다양한 응용 분야에서 CMC의 전반적인 비용 효율성에 영향을 미칩니다. 산업이 경제적으로 실행 가능한 솔루션을 모색함에 따라, 비용 문제를 해결하는 것이 CMC의 잠재력을 최대한 활용하는 데 중요합니다.

세라믹 소재의 취성은 광범위한 CMC 채택에 큰 장애물이 됩니다. CMC는 고온 및 부식성 환경에서 뛰어난 성능을 발휘하지만, 고유한 취약성으로 인해 충격이나 하중 지지 상황이 포함된 응용 분야에서 사용이 제한됩니다. 응력 하에서 갑작스러운 파손이 발생할 수 있으므로 CMC는 역동적이고 충격이 발생하기 쉬운 시나리오에 적합하지 않습니다. 연구원과 엔지니어는 섬유를 통합하고 미세 구조를 수정하는 등 다양한 전략을 통해 CMC의 인성을 향상시키기 위해 적극적으로 노력하고 있습니다. 이러한 과제를 극복하는 것은 기계적 회복성이 중요한 영역으로 CMC의 적용 범위를 확장하는 데 필수적입니다.

확장성

확장성은 CMC 시장에서 여전히 우려 사항입니다. 적층 제조와 같은 제조 기술의 발전으로 생산 공정이 간소화되었지만, 대규모로 일관된 품질과 수량을 달성하는 것은 여전히 과제입니다. CMC는 종종 재료 구성, 레이어링 및 경화 조건에 대한 정밀한 제어가 필요한데, 이는 대량 생산에서 일관되게 복제하기 어려울 수 있습니다. 신뢰할 수 있고 일관된 재료를 요구하는 산업은 확장성 문제가 효과적으로 해결될 때까지 CMC를 완전히 수용하는 데 주저합니다.

재료 특성화 및 표준화도 우려되는 영역입니다. 세라믹 재료의 다양성은 제조 공정의 복잡성과 결합되어 균일한 재료 특성을 확립하기 어렵게 만듭니다. 테스트 방법론과 재료 사양을 표준화하는 것은 다양한 CMC 제품에서 일관된 품질을 보장하는 데 필수적입니다. 표준화된 지침이 없으면 산업은 성능과 신뢰성에 대한 불확실성으로 인해 CMC를 중요한 응용 분야에 통합하는 데 주저할 수 있습니다.

환경 및 지속 가능성 고려 사항이 산업 의사 결정에 점점 더 영향을 미치고 있습니다. CMC는 상당한 이점을 제공하지만 생산 및 수명 종료 폐기의 환경 영향을 평가해야 합니다. 일부 세라믹 재료는 에너지 집약적 생산 공정을 포함하며 재활용 또는 생물 기반 구성 요소의 통합은 아직 개발 초기 단계에 있습니다. 산업이 지속 가능한 관행을 우선시함에 따라 CMC 생산 및 폐기를 위한 친환경 솔루션을 찾는 것이 장기적인 시장 성장에 필수적입니다.

주요 시장 동향

제조 기술의 급속한 발전

적층 제조 또는 3D 프린팅은 CMC의 생산 환경에 혁명을 일으켰습니다. 이러한 복합재의 기존 제조 방법은 종종 복잡하고 비용이 많이 들었기 때문에 광범위한 사용이 제한되었습니다. 그러나 적층 제조는 재료 배치를 정밀하게 제어하여 복잡한 디자인과 최적화된 특성을 만들어냄으로써 새로운 길을 열었습니다. 이러한 추세는 생산 시간을 크게 단축하고 낭비를 최소화하며 이전에는 달성하기 어려웠던 복잡한 형상을 만들 수 있게 해줍니다. 적층 제조 기술이 발전하고 더 쉽게 접근 가능해짐에 따라 CMC 시장은 제조 가능성에 있어서 패러다임 전환을 경험하고 있습니다.

경량 솔루션을 지속적으로 추구하는 것으로 유명한 자동차 산업도 세라믹 매트릭스 복합재를 받아들이고 있습니다. 이러한 소재는 성능을 저하시키지 않으면서도 차량 중량을 줄이는 데 획기적인 진전을 제공합니다. 브레이크 디스크, 엔진 부품, 배기 시스템과 같은 구성 요소는 고온 안정성과 기계적 회복성을 포함한 CMC의 고유한 특성으로부터 이점을 얻습니다. 자동차 제조업체는 CMC를 통합함으로써 연료 효율성, 핸들링 및 전반적인 차량 성능을 크게 개선할 수 있습니다. 자동차 부문이 점점 더 엄격해지는 배출 규제에 적응함에 따라 CMC는 향상된 지속 가능성과 성능을 통해 경쟁 우위를 제공하고 있습니다.

생체공학의 부상

의료 및 생체공학 분야에서 CMC는 고급 의료 기기와 임플란트를 만드는 잠재력으로 주목을 받고 있습니다. 이러한 소재의 생체 적합성과 놀라운 기계적 강도가 결합되어 정형외과 및 치과 임플란트의 유망한 후보로 자리 매김하고 있습니다. CMC가 구조적 무결성을 유지하면서 생리적 환경을 견뎌낼 수 있는 능력은 더 오래 지속되고 더 효과적인 의료 솔루션을 제공하여 궁극적으로 환자 결과를 개선할 수 있는 잠재력을 제공합니다.

CMC는 발전 및 추진 시스템용 가스터빈에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 극한의 온도와 부식성 환경을 견뎌낼 수 있는 능력은 가스터빈의 효율성을 높이는 데 필수적입니다. 에너지 수요가 증가하고 환경적 우려가 커짐에 따라 CMC는 발전의 효율성과 환경적 영향을 개선하는 데 중요한 역할을 하고 있습니다.

R&D 및 협업에 대한 투자

정부, 산업 및 연구 기관은 CMC와 관련된 과제를 극복하기 위해 연구 개발에 투자하고 있습니다. 학계, 제조업체 및 최종 사용자 간의 협력적 파트너십은 혁신을 촉진하고 CMC 기술의 상용화를 가속화하고 있습니다.

연구자들은 CMC의 기계적 특성을 향상시키는 새로운 유형의 세라믹 섬유를 개발하고 있습니다. 연속 섬유 보강재는 더 큰 강도, 파괴 인성 및 열 충격에 대한 저항성을 제공합니다. 섬유 코팅 및 아키텍처의 혁신은 전반적인 재료 성능의 개선에 기여합니다. 이러한 요인은 예측 기간 동안 글로벌 세라믹 매트릭스 복합재 시장의 성장을 주도할 것으로 예상됩니다.

인식 및 교육 증가

CMC는 비교적 새로운 재료이므로 엔지니어, 설계자 및 산업에 CMC의 특성, 이점 및 응용 분야에 대한 교육을 위한 노력이 증가하고 있습니다. 워크숍, 컨퍼런스 및 교육 프로그램은 지식 격차를 메우고 광범위한 채택을 촉진하는 데 도움이 됩니다. 지속 가능하고 친환경적인 재료에 대한 추진은 재활용 및 바이오 기반 구성 요소를 통합하는 CMC 연구로 이어지고 있습니다. 산업이 보다 친환경적인 관행을 강조함에 따라 CMC 제조업체는 글로벌 지속 가능성 목표에 맞춰 생산 및 폐기의 환경적 영향을 줄이는 방법을 모색하고 있습니다.

세그먼트별 통찰력

제품 유형 통찰력

제품 유형 통찰력 범주에 따르면, 산화물/산화물 세라믹 매트릭스 복합재는 2023년 세라믹 매트릭스 복합재의 글로벌 시장에서 지배적인 세그먼트로 부상했습니다. 산화에 민감한 재료의 활용으로 산화물-산화물 세라믹 매트릭스 복합재(OX/OX CMC) 채택이 눈에 띄게 증가했습니다. 그러나 OX/OX CMC 사용으로의 전환과 이러한 복합재를 사용한 새로운 하드웨어 개발은 모두 비용이 높아서 느렸습니다. 그럼에도 불구하고 OX/OX CMC 구성품의 글로벌 시장은 앞으로 몇 년 안에 빠르게 확대될 것으로 예상됩니다.

높은 비용을 고려할 때, 특히 항공우주 분야에서 비용을 절감하려는 노력이 점점 더 두드러지게 나타났습니다. 이는 OX/OX CMC의 비용 대 가치 비율이 터빈 엔진 및 기타 고온 응용 분야에 일반적으로 사용되는 기계 가공 티타늄 구성 요소의 비용을 능가하기 때문입니다. 현재 프로젝트는 비용 효율적인 OX/OX CMC 설계를 위한 기술 솔루션을 제공하여 이러한 과제를 해결하는 것을 목표로 합니다. 여기에는 더 저렴한 섬유 및 패브릭 설계를 만드는 동시에 기계적 및 물리적 특성을 조사하는 것이 포함됩니다. 이러한 노력이 이 부문의 수익 성장에 기여할 것으로 예상됩니다.

응용 분야 통찰력

응용 분야 범주에 따라 항공우주는 2023년 세라믹 매트릭스 복합재의 글로벌 시장에서 지배적인 부문으로 부상했습니다. 항공우주 산업의 확장은 소비자 주문 행동 패턴의 증가와 상업용 항공 여행의 급증으로 촉진되고 있습니다. 이 부문 내에서 기업은 디지털 스레드와 스마트 팩토리의 개념을 채택하여 제조 효율성을 높이고 설계에서 납품까지의 타임라인을 가속화하고 있습니다. 또한, 이 부문의 성장 궤적은 기술의 발전과 위성 애플리케이션의 진화하는 추세에 의해 더욱 촉진될 것으로 예상됩니다. 이러한 추세는 우주 기반 서비스의 확장을 촉진하여 개인, 커뮤니티 및 기업에 실질적인 이점을 제공할 수 있는 잠재력이 있습니다. 이러한 요소들은 전체적으로 이 부문의 매출 성장에 상당히 기여할 것으로 예상됩니다.

자동차 부문은 예측 기간 동안 꾸준한 성장률을 기록할 것으로 예상됩니다. 제조 절차에 디지털화를 주입하고, 새로운 비즈니스 모델을 등장시키고, 자동화 수준을 높이는 것은 자동차 산업의 확장에 유리한 환경을 조성하고 있습니다. 동시에 전기 자동차(EV)에 대한 수요 급증은 이 산업 내에서 세라믹 매트릭스 복합재(CMC)에 대한 글로벌 수요를 동시에 증가시키고 있습니다. 특히, 밸브, 터빈 부품, 배기 및 흡기 시스템, 브레이크 디스크, 브레이크 시스템 요소와 같은 자동차 엔진의 개별 구성 요소가 이제 CMC로 제작되고 있습니다. 이러한 변화는 이 특정 세그먼트 내 매출 성장을 위한 주요 원동력이 될 것으로 예상됩니다.

지역별 통찰력

북미는 2023년 글로벌 세라믹 매트릭스 복합재 시장에서 지배적인 지역으로 부상했습니다. 이 지역 내에서 확장되는 항공우주 부문과 증가하는 양의 위성 실험은 현장에서 이 친환경적이고 중량 효율적인 재료에 대한 필요성을 강화하고 있습니다. 특히 미국은 가장 큰 방위 및 탄약 산업을 자랑하며, 이는 세라믹 매트릭스 복합재(CMC)에 대한 시장의 수요를 자극할 것으로 예상되는 요인입니다.

아시아 태평양 지역 내에서 과도한 석유 소비로 인해 천연 가스를 포함한 대체 에너지원을 탐사하여 에너지 안보를 보장하는 데 더욱 중점을 두게 되었습니다. 이를 고려할 때, 세라믹 매트릭스 복합소재(CMC)는 이 부문에서 중요한 역할을 맡을 준비가 되었습니다. 또한 연료 효율이 높은 항공기 엔진에 대한 수요가 증가함에 따라 운영 비용을 억제하기 위해 시장이 앞으로 나아갈 것으로 예상됩니다.

최근 개발

• 2023년 4월, SGL Carbon은 열 보호 시스템에 적용하도록 설계된 세라믹 매트릭스 복합소재의 발전을 목표로 하는 Lancer Systems와의 새로운 협업을 발표했습니다.
• 2023년 1월, Rolls-Royce는 영국의 Sheffield 대학과 새로운 세라믹 매트릭스 복합소재의 발전에 대한 협력을 위한 양해각서를 체결했습니다.

주요 시장 참여자

• 3M 회사
• Applied Thin Films, Inc.
• CeramTec GmbH
• COI Ceramics, Inc.
• CoorsTek, Inc.
• General Electric Company
• Kyocera Corporation
• Lancer Systems LP
• Rolls-Royce Plc
• SGL Carbon Company