Армированный углерод – углерод - Reinforced carbon–carbon
Углерод, армированный углеродным волокном ( CFRC ), углерод-углерод ( C / C ) или армированный углерод-углерод ( RCC ), представляет собой композитный материал, состоящий из армированного углеродным волокном в матрице графита . Она была разработана для боеголовок на межконтинентальных баллистических ракет , и наиболее широко известен как материал для носового конуса и крыла передних кромок в орбитальном Space Shuttle . Углерод-углеродные тормозные диски и тормозные колодки были стандартным компонентом тормозных систем из Формулы- гоночных автомобилей с 1976 года.
Углерод-углерод хорошо подходит для конструкционных применений при высоких температурах, или там , где тепловой удар сопротивление и / или низкий коэффициент теплового расширения необходимо. Хотя она менее хрупкая, чем многие другие керамические материалы, ей не хватает ударопрочности; Space Shuttle Columbia был разрушен во время входа в атмосферу после того, как одна из его панелей RCC была сломана в результате удара куска пенополиуретановой изоляции, который откололся от внешнего бака космического корабля .
Производство
Материал изготавливается в три этапа:
Сначала материал укладывается в его намеченной окончательной форме с углеродной нитью и / или тканью, окруженной органическим связующим, таким как пластик или смола . Часто к связующей смеси добавляют кокс или какой-либо другой мелкодисперсный углеродный заполнитель .
Во-вторых, слой нагревается, так что при пиролизе связующее превращается в относительно чистый углерод. Связующее при этом теряет объем, вызывая образование пустот; добавление заполнителя уменьшает эту проблему, но не устраняет ее.
В-третьих, пустоты постепенно заполняются путем пропускания углеродообразующего газа, такого как ацетилен, через материал при высокой температуре в течение нескольких дней. Этот длительный процесс термообработки также позволяет углю превращаться в более крупные кристаллы графита и является основной причиной высокой стоимости материала. Изготовление серых панелей из армированного углерода и углерода (RCC) на передних кромках крыла и носовом конусе космического челнока стоило НАСА 100 000 долларов за квадратный фут, хотя большая часть этих затрат была результатом сложной геометрии и затрат на исследования, связанных с панелями. . Этот этап также может включать изготовление готового продукта.
C / C - это твердый материал, который может быть изготовлен с высокой устойчивостью к тепловому расширению, перепадам температуры и термоциклированию, в зависимости от того, как уложен волокнистый каркас и от качества / плотности матричного наполнителя.
Механические свойства
Прочность углерод-углерод с однонаправленными армирующими волокнами до 700 МПа. Углерод-углеродные материалы сохраняют свои свойства при температуре выше 2000 ° C. Эта температура может быть превышена с помощью защитных покрытий для предотвращения окисления. Материал имеет плотность 1,6–1,98 г / см 3 .
Похожие продукты
Карбид кремния, армированный углеродным волокном ( C / SiC ), представляет собой разработку чистого углерода-углерода, в котором карбид кремния сочетается с углеродным волокном . Он немного плотнее, чем чистый углерод-углерод, и считается более прочным.
Его можно использовать в тормозных дисках и тормозных колодках высокопроизводительных дорожных автомобилей. Первым автомобилем, который использовал его, был Mercedes-Benz C215 Coupe F1 edition. Он входит в стандартную комплектацию Bugatti Veyron и некоторых современных Bentley , Ferrari , Porsche , Corvette ZR1 , ZO6 и Lamborghinis . Они также предлагаются в качестве «дополнительного обновления» для некоторых высокопроизводительных автомобилей Audi , включая D3 S8 , B7 RS4 , C6 S6 и RS6 , а также R8 . Этот материал не используется в Формуле 1 из-за его веса.
Углеродные тормоза стали широко доступны для коммерческих самолетов в 1980-х годах, впервые их применили на сверхзвуковом транспорте Concorde .
Родственный некерамический углеродный композит, который используется в высокотехнологичных гоночных автомобилях, представляет собой карботановый углерод-титановый композит, используемый в суперкарах Zonda R и Huayra, производимых итальянской автомобильной компанией Pagani .