Армированный углерод-углерод
Карбон, армированный углеродным волокном [n 1] ( CFRC [4] ), углерод-углерод ( C/C [2] ), или армированный углерод-углерод ( RCC ) представляет собой композиционный материал, состоящий из армирующего углеродного волокна матрице в графитовой . Он был разработан для спускаемых аппаратов межконтинентальных баллистических ракет и наиболее широко известен как материал для носового обтекателя и передних кромок крыла орбитального корабля "Спейс Шаттл" . Углеродные тормозные диски и тормозные колодки являются стандартным компонентом тормозных систем гоночных автомобилей Формулы -1 с конца 1970-х годов; Впервые карбоновые тормоза были замечены на болидах Формулы-1 в 1976 году.
Углерод-углерод хорошо подходит для конструкционных применений при высоких температурах или там, где устойчивость к тепловому удару и/или низкий коэффициент теплового расширения требуется . Хотя она менее хрупкая, чем многие другие керамики, ей не хватает ударопрочности; Космический челнок «Колумбия» был разрушен во время входа в атмосферу после того, как одна из его панелей ПКР была сломана в результате удара куска изоляции из пенополиуретана , оторвавшегося от внешнего бака космического челнока .
Производство
[ редактировать ]Материал изготавливается в три этапа: [5]
Сначала материалу придается его предполагаемая окончательная форма с использованием углеродной нити и/или ткани, окруженной органическим связующим, таким как пластик или смола . Часто кокс или какой-либо другой мелкодисперсный углеродистый заполнитель в связующую смесь добавляют .
Во-вторых, пакет нагревается, в результате чего пиролиза связующее превращается в результате в относительно чистый углерод. Связующее при этом теряет объем, в результате чего образуются пустоты; добавление заполнителя уменьшает эту проблему, но не устраняет ее.
В-третьих, пустоты постепенно заполняются путем пропускания через материал углеродообразующего газа, такого как ацетилен , при высокой температуре в течение нескольких дней. Этот длительный процесс термообработки также позволяет углероду образовывать более крупные кристаллы графита и является основной причиной высокой стоимости материала. Производство серых панелей из армированного карбона-углерода (RCC) на передних кромках крыла космического челнока и носовом обтекателе обошлось НАСА в 100 000 долларов за квадратный фут. [ нужны разъяснения ] хотя большая часть этой стоимости была результатом усовершенствованной геометрии и затрат на исследования, связанные с панелями. Этот этап также может включать изготовление готового продукта. [5]
C/C — это твердый материал, который можно сделать очень устойчивым к тепловому расширению, температурным градиентам и термоциклированию, в зависимости от того, как уложен волокнистый каркас, а также от качества/плотности матричного наполнителя. Углерод-углеродные материалы сохраняют свои свойства выше 2000 °С. Эту температуру можно превысить с помощью защитных покрытий для предотвращения окисления. [6] Материал имеет плотность от 1,6 до 1,98 г/см. 3 . [7]
Похожие продукты
[ редактировать ] |
Карбид кремния, армированный углеродным волокном ( C/SiC ), представляет собой разработку чистого углерод-углерода, в которой используется карбид кремния с углеродным волокном . Он немного плотнее, чем чистый углерод-углерод, и считалось, что [ кем? ] чтобы быть более долговечным.
Его можно использовать в тормозных дисках и тормозных колодках высокопроизводительных дорожных автомобилей. Первым автомобилем, использовавшим его, был Mercedes-Benz C215 Coupe F1 edition. [8] Он входит в стандартную комплектацию Bugatti Veyron и многих Bentley , Ferrari , Lamborghini , Porsche , а также Corvette ZR1 и Z06 . Они также предлагаются в качестве дополнительного обновления для некоторых моделей. [ который? ] высокая производительность [ нужны разъяснения ] Автомобили Audi , включая D3 S8 , B7 RS4 , C6 S6 и RS6 , а также R8 . Материал не используется в Формуле 1 из-за его веса.
Карбоновые тормоза стали широко доступны для коммерческих самолетов в 1980-х годах. [9] впервые был использован на корабле «Конкорд» сверхзвуковом транспортном .
Родственным некерамическим углеродным композитом, который используется в высокотехнологичных гоночных автомобилях, является карботаниевый углерод-титановый композит, используемый в суперкарах Zonda R и Huayra, производимых итальянской автомобильной компанией Pagani .
Сноски
[ редактировать ]- ^ Через дефис «углерод, армированный углеродным волокном», [2] «углерод, армированный углеродным волокном», [3] или «углерод, армированный углеродным волокном»; [4] в то время как «углеродное волокно» также пишется как «углеродное волокно».
Ссылки
[ редактировать ]- ^ На переднем крае
- ^ Jump up to: а б Кохендорфер, Ричард (28 сентября 2009 г.) [2001]. Сингх, Мритьюнджай; Джессен, Тодд (ред.). «Композиты с керамической матрицей - из космоса на Землю: переход от прототипа к серийному производству» . Керамическая инженерия и научные труды . 22 (3: 25-я ежегодная конференция по композитам, современной керамике, материалам и структурам — А). John Wiley & Sons: 11–22: 11. doi : 10.1002/9780470294680.ch2 . ISBN 9780470295144 . ISSN 0196-6219 . Проверено 7 сентября 2017 г.
- ^ Фриц, В.; Хюттнер, В.; Хартвиг, Г. (06 декабря 2012 г.) [1979]. «Углеродные композиты, армированные углеродным волокном: обработка, свойства при комнатной температуре и поведение при расширении при низких температурах» . В Кларке, AF; Рид, Ричард; Хартвиг, Гюнтер (ред.). Неметаллические материалы и композиты при низких температурах . Криогенные материалы (CRYMS). Springer Science & Business Media. стр. 245–266: 245. doi : 10.1007/978-1-4615-7522-1_16 . ISBN 9781461575221 . Проверено 7 сентября 2017 г.
- ^ Jump up to: а б Левандовска-Шумел, М; Комендер, Дж; Горецкий, А; Ковальский, М (1997). «Фиксация углеродного композита, армированного углеродным волокном, имплантированного в кость». Журнал материаловедения: Материалы в медицине . 8 (8): 485–488. дои : 10.1023/A:1018526226382 . ISSN 0957-4530 . ПМИД 15348714 . S2CID 26258090 .
- ^ Jump up to: а б «Свойства углеродного волокна» (PDF) . Рочестерский технологический институт EDGE (Руководство по инженерному проектированию и окружающей среде) . Май 2004 года . Проверено 30 января 2019 г.
- ^ Данные о свойствах материала: углерод – углерод.
- ^ ЛАЛИТ М МАНОЧА (24 апреля 2003 г.). «Высокоэффективные углерод-углеродные композиты» (PDF) . Садхана . 28 (1–2): 349–358. дои : 10.1007/BF02717143 . S2CID 123705345 . Проверено 28 июня 2014 г.
- ^ 2000 Mercedes-Benz CL55 AMG F1
- ^ Boeing: Эксплуатационные преимущества карбоновых тормозов