Углерод, армированный углеродным волокном (CFRC ), углерод-углерод (C / C ) или армированный углерод-углерод (RCC ) - композитный материал, состоящий из углеродного волокна армированного матрица из графита. Он был разработан для боеголовок межконтинентальных баллистических ракет и наиболее широко известен как материал для носового конуса и передней кромки крыла ракет Орбитальный аппарат космического корабля "Шаттл". Углеродно-углеродные тормозные диски и тормозные колодки были стандартным компонентом тормозных систем гоночных автомобилей Formula One с 1976 года.
Углерод-углерод хорошо подходит для структурных применений при высоких температурах или там, где требуется устойчивость к тепловому удару и / или низкий коэффициент теплового расширения. Хотя она менее хрупка, чем многие другие керамические материалы, ей не хватает ударопрочности; Space Shuttle Columbia был разрушен во время возвращения в атмосферу после того, как одна из его панелей RCC была сломана ударом куска пенопласта из внешнего бака космического шаттла.
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 пек. Часто к смеси связующего добавляют кокс или какой-либо другой мелкодисперсный углерод заполнитель.
Во-вторых, слой нагревают, так что пиролиз превращает связующее 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 образовывать более крупные кристаллы графита и является основной причиной высокой стоимости материала. Производство серых панелей из армированного углерода и углерода (RCC) на передних кромках крыла и носовом конусе космического челнока стоило НАСА 100000 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 - 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 качество / плотность матричного наполнителя.
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. Плотность материала составляет 1,6–1,98 г / см.
Карбид кремния, армированный углеродным волокном (C / SiC ), представляет собой развитие чистого углерода-углерода и может использоваться в автомобилестроении, например, в компонентах тормозные системы на высокопроизводительных дорожных автомобилях, а именно тормозной диск и тормозные колодки. В C / SiC используется карбид кремния с углеродным волокном, и этот состав считается более прочным, чем чистый углерод-углерод. Однако он тяжелее и поэтому не используется в гонках Формулы 1.
Первоначально приложения включали Mercedes-Benz C215 Coupe F1 edition и входят в стандартную комплектацию Bugatti Veyron и некоторых современных Bentleys, 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 <29.>и RS6, а R8.
карбоновые тормоза стали широко доступны для коммерческих самолетов в 1980-х годах, впервые использовавшись на сверхзвуковом транспортном средстве Concorde .
-керамический углеродный композит, используемый в высокотехнологичных гоночных автомобилях, - это карботан углерод-титановый композит, используемый в суперкарах Zonda R и Huayra, производимых итальянской автомобильной компанией Pagani.