El carbono reforzado con fibra de carbono [n 1] ( CFRC [4] ), carbono-carbono ( C / C [2] ) o carbono-carbono reforzado ( RCC ) es un material compuesto que consiste en un refuerzo de fibra de carbono en una matriz de grafito . Fue desarrollado para los vehículos de reentrada de misiles balísticos intercontinentales y es más conocido como el material para el cono de la nariz y los bordes de ataque del ala del orbitador del transbordador espacial . Discos y pastillas de freno carbono-carbonohan sido el componente estándar de los sistemas de frenos de los autos de carreras de Fórmula Uno desde 1976.
El carbono-carbono es adecuado para aplicaciones estructurales a altas temperaturas o donde se necesita resistencia al choque térmico y / o un bajo coeficiente de expansión térmica . Si bien es menos frágil que muchas otras cerámicas, carece de resistencia al impacto; El transbordador espacial Columbia fue destruido durante el reingreso atmosférico después de que uno de sus paneles RCC se rompió por el impacto de una pieza de aislamiento de espuma de poliuretano que se desprendió del tanque externo del transbordador espacial .
Producción
El material se fabrica en tres etapas: [5]
Primero, el material se coloca en su forma final prevista, con filamento de carbono y / o tela rodeados por un aglutinante orgánico como plástico o brea . A menudo, se añade coque o algún otro agregado fino de carbono a la mezcla de aglutinante.
En segundo lugar, la capa se calienta, de modo que la pirólisis transforma el aglutinante en carbono relativamente puro. El aglutinante pierde volumen en el proceso, provocando la formación de huecos; la adición de agregado reduce este problema, pero no lo elimina.
En tercer lugar, los huecos se llenan gradualmente forzando un gas formador de carbono, como el acetileno, a través del material a alta temperatura, en el transcurso de varios días. Este largo proceso de tratamiento térmico también permite que el carbono se forme en cristales de grafito más grandes y es la principal razón del alto costo del material. Los paneles grises de "Carbono reforzado-Carbono (RCC)" en los bordes de ataque del ala del transbordador espacial y el cono de la nariz le costó a la NASA $ 100,000 / pie cuadrado para producir, [ aclaración necesaria ] aunque gran parte de este costo fue el resultado de la geometría avanzada y los costos de investigación asociado con los paneles. Esta etapa también puede incluir la fabricación del producto terminado. [5]
El C / C es un material duro que puede fabricarse altamente resistente a la expansión térmica, los gradientes de temperatura y los ciclos térmicos, según cómo se coloque el andamio de fibra y la calidad / densidad del relleno de matriz. [ cita requerida ]
Propiedades mecánicas
La resistencia del carbono-carbono con fibras de refuerzo unidireccionales es de hasta 700 MPa. Los materiales carbono-carbono conservan sus propiedades por encima de los 2000 ° C. Esta temperatura puede superarse con la ayuda de revestimientos protectores para evitar la oxidación. [6] El material tiene una densidad de entre 1,6 y 1,98 g / cm 3 . [7]
Productos similares
El carburo de silicio reforzado con fibra de carbono ( C / SiC ) es un desarrollo de carbono-carbono puro que utiliza carburo de silicio con fibra de carbono . Es un poco más denso que el carbono puro y se cree que es más duradero.
Se puede utilizar en el disco de freno y en las pastillas de freno de los coches de carretera de alto rendimiento. El primer automóvil en usarlo fue el Mercedes-Benz C215 Coupe F1 edition. [8] Es estándar en el Bugatti Veyron y en ciertos Bentleys , Ferraris , Porsche , Corvette ZR1 , ZO6 y Lamborghinis actuales . También se ofrecen como una "actualización opcional" en ciertos automóviles Audi de alto rendimiento , incluidos el D3 S8 , B7 RS4 , C6 S6 y RS6 , y el R8 . El material no se utiliza en la Fórmula 1 debido a su peso.
Los frenos de carbono se volvieron ampliamente disponibles para los aviones comerciales en la década de 1980, [9] habiéndose utilizado por primera vez en el transporte supersónico Concorde .
Un compuesto de carbono no cerámico relacionado con usos en automóviles de carreras de alta tecnología es el compuesto de carbono-titanio de carbotanio utilizado en los superdeportivos Zonda R y Huayra fabricados por la compañía de automóviles italiana Pagani .
Notas al pie
- ^ Con guiones diversos "carbono reforzado con fibra de carbono", [2] "carbono reforzado con fibra de carbono", [3] o "carbono reforzado con fibra de carbono"; [4] mientras que "fibra de carbono" también se escribe "fibra de carbono".
Referencias
- ^ En la vanguardia
- ↑ a b Kochendörfer, Richard (28 de septiembre de 2009) [2001]. Singh, Mrityunjay; Jessen, Todd (eds.). "Compuestos de matriz cerámica - del espacio a la tierra: el paso del prototipo a la producción en serie" . Actas de Ingeniería y Ciencias de la Cerámica . John Wiley e hijos. 22 (3:25 Conferencia anual sobre materiales compuestos, cerámica avanzada, materiales y estructuras - A): 11–22: 11. doi : 10.1002 / 9780470294680.ch2 . ISBN 9780470295144. ISSN 0196-6219 . Consultado el 7 de septiembre de 2017 .
- ^ Fritz, W .; Hüttner, W .; Hartwig, G. (6 de diciembre de 2012) [1979]. "Compuestos de carbono reforzados con fibra de carbono: procesamiento, propiedades de temperatura ambiente y comportamiento de expansión a bajas temperaturas" . En Clark, AF; Reed, Richard; Hartwig, Gunther (eds.). Materiales y composites no metálicos a bajas temperaturas . Materiales criogénicos (CRYMS). Springer Science & Business Media. págs. 245–266: 245. doi : 10.1007 / 978-1-4615-7522-1_16 . ISBN 9781461575221. Consultado el 7 de septiembre de 2017 .
- ^ a b Lewandowska-Szumieł, M; Komender, J; Gorecki, A; Kowalski, M (1997). "Fijación de composite de carbono reforzado con fibra de carbono implantado en hueso". Revista de ciencia de materiales: materiales en medicina . 8 (8): 485–488. doi : 10.1023 / A: 1018526226382 . ISSN 0957-4530 . PMID 15348714 . S2CID 26258090 .
- ^ a b "Propiedades de la fibra de carbono" (PDF) . Instituto de Tecnología de Rochester EDGE (Guía de diseño de ingeniería y medio ambiente) . Mayo de 2004 . Consultado el 30 de enero de 2019 .
- ^ Datos de propiedades del material: carbono-carbono
- ^ LALIT M MANOCHA (24 de abril de 2003). "Compuestos carbono-carbono de alto rendimiento" (PDF) . Sadhana . 28 (1–2): 349–358. doi : 10.1007 / BF02717143 . S2CID 123705345 . Consultado el 28 de junio de 2014 .
- ^ 2000 Mercedes-Benz CL55 AMG F1
- ^ Boeing: ventajas operativas de los frenos de carbono
enlaces externos
- Frenos de carbono para Concorde