stringtranslate.com

Усиленный углерод-углерод

Куски армированного углерод-углерода, включая панель, снятую с крыла космического челнока «Атлантис» [ 1], демонстрирующие хрупкое разрушение углерод-углеродного материала из -за удара пенопласта, воспроизводящее возможное событие во время последнего запуска «Колумбии » .

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 .

Производство

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]

Похожие продукты

Углеродные тормоза Dunlop , используемые на авиалайнере Concorde .
Тормозной диск тормозной системы этого гоночного автомобиля Ferrari изготовлен из карбида кремния, армированного углеродным волокном, который является КМЦ, а не С/С.

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 .

Сноски

  1. ^ По-разному пишется 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

  1. ^ На переднем крае
  2. ^ ab Kochendörfer, Richard (2009-09-28) [2001]. Singh, Mrityunjay; Jessen, Todd (ред.). "Ceramic Matrix Composites - From Space to Earth: The Move from Prototype to Serial Production". Ceramic Engineering and Science Proceedings . 22 (3: 25th Annual Conference on Composites, Advanced Ceramics, Materials, and Structures — A). John Wiley & Sons: 11–22: 11. doi :10.1002/9780470294680.ch2. ISBN 9780470295144. ISSN  0196-6219 . Получено 7 сентября 2017 г. .
  3. ^ Фриц, В.; Хюттнер, В.; Хартвиг, Г. (2012-12-06) [1979]. "Углеродные композиты, армированные углеродным волокном: обработка, свойства при комнатной температуре и поведение расширения при низких температурах". В Кларк, А. Ф.; 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. Получено 7 сентября 2017 г. .
  4. ^ ab Lewandowska-Szumieł, M; Komender, J; Gorecki, A; Kowalski, M (1997). «Фиксация армированного углеродным волокном углеродного композита, имплантированного в кость». Journal of Materials Science: Materials in Medicine . 8 (8): 485–488. doi :10.1023/A:1018526226382. ISSN  0957-4530. PMID  15348714. S2CID  26258090.
  5. ^ ab "Свойства углеродного волокна" (PDF) . Рочестерский технологический институт EDGE (Руководство по инженерному проектированию и окружающей среде) . Май 2004 г. Получено 30 января 2019 г. .
  6. ^ Данные о свойствах материалов: Углерод-углерод
  7. ^ LALIT M MANOCHA (24 апреля 2003 г.). «Высокоэффективные углерод-углеродные композиты» (PDF) . Sādhanā . 28 (1–2): 349–358. doi :10.1007/BF02717143. S2CID  123705345 . Получено 28.06.2014 .
  8. ^ 2000 Mercedes-Benz CL55 AMG F1
  9. ^ Boeing: Эксплуатационные преимущества углеродных тормозов

Внешние ссылки