Углерод, армированный углеродным волокном [n 1] ( CFRC [4] ), углерод-углерод ( C/C [2] ) или армированный углерод-углерод ( RCC ) — это композиционный материал , состоящий из армирования углеродным волокном в матрице из графита . 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 требуется устойчивость к термическому удару и/или низкий коэффициент теплового расширения . 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 .
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 в связующую смесь добавляют кокс или какой-либо другой мелкодисперсный углеродистый заполнитель .
Во-вторых, пакет нагревается, в результате чего связующее превращается в результате пиролиза 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 углерода-углерода (RCC) на передних кромках крыла космического челнока и носовом обтекателе обошлось НАСА в 100 000 долларов за квадратный фут, [ необходимы 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]
Карбид кремния, армированный углеродным волокном ( C/SiC ), представляет собой разработку чистого углерод-углерода, в которой используется карбид кремния с углеродным волокном . Он немного плотнее чистого углерода-углерода и считался [ кем? ] чтобы быть более прочным.
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 [ какие? ] высокая производительность [ необходимы 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.
Углеродные тормоза стали широко доступны для коммерческих самолетов в 1980-х годах, [9] впервые они были использованы на сверхзвуковом транспортном самолете «Конкорд» .
Родственным некерамическим углеродным композитом, который используется в высокотехнологичных гоночных автомобилях, является карботаниум- углерод-титановый композит, используемый в суперкарах Zonda R и Huayra, производимых итальянской автомобильной компанией Pagani .