Одним из наиболее совершенных и перспективных технических материалов является композит с углеродной матрицей, армированный углеродным волокном (композиты карбон-карбон). Они являются одними из самых прочных и легких высокотемпературных материалов в мире. По сравнению с другими материалами, такими как графит, керамика, металл и пластик, карбон-карбон легче, прочнее и выдерживает температуры до 3000 ℃ без потери производительности.

Материал представляет собой углеродно-армированный углеродный матричный композит. Это двухфазный композитный материал, и, как видно из названия, и матрица, и армирующее волокно изготовлены из углерода. Карбон-карбон может быть изготовлен по индивидуальному заказу для предоставления широкого ассортимента продукции, на основе различных типов волокон, плетений и матриц. Карбон-карбон в основном используется для экстремально высоких температур и деталей трения.

Карбон-карбон композиты

Характеристики материала

Пироуглерод, а также остатки термореактивных смол отлично подходят для формирования матрицы. Углеволокна используются в качестве армирующего наполнителя. Карбоновые волокна используются в различных состояниях:

• • обычные нити;
• • жгуты;
• • ленты;
• • пространственные формы, в том числе и ткани.

Карбон-карбон чрезвычайно прочен, обладает повышенной жесткостью и небольшой плотностью (по сравнению со сталью). Свойства композита сохраняются даже при температуре в 3 000 градусов Цельсия. Это преимущество материала значительно расширяет границы его применения.

Сравнивая кабон-карбон с железом можно отметить:

• • Металлы теряют свои свойства при высоких температурах. А карбон-карбон идеально подходит для изготовления из него крепежных систем, которые постоянно находятся в высокотемпературной среде.
• • Деформация УУКМ (углерод-углеродных композитных материалов) крайне маловероятна (даже при сильном воздействии), в отличие от многих сплавов.
• • УУКМ имеют низкие показатели плотности и веса, но длительный срок эксплуатации.

К недостаткам материала можно отнести высокую стоимость, обусловленную сложным технологическим процессом изготовления.

Обратите внимание на следующую таблицу, в которой представлено сравнение параметров УУКМ с характеристиками промышленных графитов:

Производство УУКМ

По состоянию на конец 2019 года подавляющее большинство углерод-углеродных композитных материалов изготавливаются на основе жидкофазных технологий. Реже используются газофазные технологии, которая подразделяются на два типа:

• • изотермические (более длительные) - идет повторение цикла газового уплотнения;
• • термоградиентные (более выгодные для постоянной эксплуатации) - признаны одними из самых перспективных технологий по изготовлению углерод-углеродных композитных материалов.

В некоторых случаях производители работают с совмещенным вариантом - газофазная + жидкофазная технологии.

Изделия из УУКМ производятся двумя способами.

• • Карбонизация композита при температуре больше 1000 градусов Цельсия.
• • Конструирование матрицы из углепластика и ее соединение с каркасом из карбонового волокна.

Перед отправлением на склад изделие проходит испытание всего комплекса свойств с учетом будущей сферы применения продукта.

Итак, углерод-углеродные композитные материалы превосходят по характеристикам многие популярные сплавы. Отличие от стандартных композитов (в частности карбона) заключается в полном отсутствии смолы при производстве. Перспективные технологии изготовления обусловливают уникальность УУКМ.