Углеродный армированный углеродным волокном углерод [n 1] ( CFRC [4] ), углерод-углерод ( C/C [2] ) или армированный углерод-углерод ( RCC ) — композитный материал, состоящий из армирования углеродным волокном в матрице графита . Он был разработан для возвращаемых аппаратов межконтинентальных баллистических ракет и наиболее широко известен как материал для носового обтекателя и передних кромок крыла орбитального корабля Space Shuttle . Углерод-углеродные тормозные диски и тормозные колодки являются стандартным компонентом тормозных систем гоночных автомобилей Формулы-1 с конца 1970-х годов; впервые углеродные тормоза были замечены на автомобиле Формулы-1 в 1976 году.
Углерод-углерод хорошо подходит для структурных применений при высоких температурах или там, где требуется стойкость к тепловому удару и/или низкий коэффициент теплового расширения . Хотя он менее хрупкий, чем многие другие виды керамики, ему не хватает ударопрочности; космический челнок Columbia был разрушен во время входа в атмосферу после того, как одна из его панелей RCC была сломана ударом куска изоляции из пенополиуретана , отколовшегося от внешнего бака космического челнока .
Материал изготавливается в три этапа: [5]
Сначала материал укладывается в предполагаемую конечную форму, с углеродной нитью и/или тканью, окруженной органическим связующим веществом, таким как пластик или пек . Часто в связующую смесь добавляют кокс или какой-либо другой мелкий углеродный заполнитель .
Во-вторых, укладка нагревается, так что пиролиз преобразует связующее в относительно чистый углерод. Связующее теряет объем в процессе, что приводит к образованию пустот; добавление заполнителя уменьшает эту проблему, но не устраняет ее.
В-третьих, пустоты постепенно заполняются путем продавливания 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 «Углерод–углерод (RCC)» на передних кромках крыла и носовом обтекателе космического челнока обошлось NASA в 100 000 долларов за квадратный фут [ необходимо разъяснение ], хотя большая часть этой стоимости была результатом сложной геометрии и затрат на исследования, связанных с панелями. Этот этап может также включать изготовление готового продукта. [5]
C/C — это твердый материал, который может быть сделан очень устойчивым к тепловому расширению, температурным градиентам и термоциклированию, в зависимости от того, как укладывается волокнистый каркас и качества/плотности матричного наполнителя. Углерод-углеродные материалы сохраняют свои свойства выше 2000 °C. Эту температуру можно превзойти с помощью защитных покрытий для предотвращения окисления. [6] Материал имеет плотность от 1,6 до 1,98 г/см 3 . [7]
Карбид кремния, армированный углеродным волокном ( C/SiC ), — это разработка чистого углерод-углерода, которая использует карбид кремния с углеродным волокном . Он немного плотнее чистого углерод-углерода и считается [ кем? ] более прочным.
Его можно использовать в тормозных дисках и тормозных колодках высокопроизводительных дорожных автомобилей. Первым автомобилем, в котором он использовался, 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 дополнительной модернизации на некоторых [ каких? ] высокопроизводительных [ требуется разъяснение ] автомобилях Audi , включая D3 S8 , B7 RS4 , C6 S6 и RS6 , а также R8 . Материал не используется в Формуле-1 из-за своего веса.
Углеродные тормоза стали широко использоваться на коммерческих самолетах в 1980-х годах [9] , впервые они были использованы на сверхзвуковом транспортном самолете Concorde .
Родственный некерамический углеродный композит, используемый в высокотехнологичных гоночных автомобилях, — это карботаниевый углерод-титановый композит, используемый в суперкарах Zonda R и Huayra, производимых итальянской автомобильной компанией Pagani .