Carbono-carbono reforzado
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 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 . Los discos de freno y las pastillas de freno de carbono-carbono han sido el componente estándar de los sistemas de freno de los autos de carreras de Fórmula Uno desde fines de la década de 1970; el primer año en que se vieron frenos de carbono en un auto de Fórmula Uno fue 1976.
El carbono-carbono es muy 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 rompiera por el impacto de un trozo de aislamiento de espuma de poliuretano que se desprendió del tanque externo del transbordador espacial .
Producción
El material se elabora en tres etapas: [5]
En primer lugar, el material se coloca en su forma final prevista, con filamento de carbono o tela rodeados por un aglutinante orgánico como plástico o brea . A menudo, se añade coque u otro agregado de carbono fino a la mezcla aglutinante.
En segundo lugar, se calienta el material laminado, de modo que la pirólisis transforma el aglutinante en carbono relativamente puro. El aglutinante pierde volumen en el proceso, lo que provoca la formación de huecos; la adición de áridos reduce este problema, pero no lo elimina.
En tercer lugar, los huecos se rellenan gradualmente haciendo pasar a través del material un gas formador de carbono, como el acetileno , a alta temperatura, durante varios días. Este largo proceso de tratamiento térmico también permite que el carbono se transforme en cristales de grafito más grandes , y es la principal razón del elevado coste del material. La producción de los paneles grises "Carbono-Carbono Reforzado (RCC)" de los bordes de ataque de las alas y el cono de la nariz del transbordador espacial le costó a la NASA 100.000 dólares por pie cuadrado [ aclaración necesaria ], aunque gran parte de este coste fue resultado de la geometría avanzada y los costes de investigación asociados a los paneles. Esta etapa también puede incluir la fabricación del producto terminado. [5]
El C/C es un material duro que puede hacerse muy resistente a la expansión térmica, a los gradientes de temperatura y a los ciclos térmicos, dependiendo de cómo se disponga el armazón de fibra y de la calidad/densidad del relleno de la matriz. Los materiales carbono-carbono conservan sus propiedades por encima de los 2000 °C. Esta temperatura puede superarse con la ayuda de recubrimientos protectores para evitar la oxidación. [6] El material tiene una densidad 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 del carbono-carbono puro que utiliza carburo de silicio con fibra de carbono . Es ligeramente más denso que el carbono-carbono puro y se cree [ ¿quién lo cree? ] que es más duradero.
Se puede utilizar en el disco de freno y las pastillas de freno de los coches de carretera de alto rendimiento. El primer coche en utilizarlo fue el Mercedes-Benz C215 Coupe F1 edition. [8] Es estándar en el Bugatti Veyron y muchos Bentleys , Ferraris , Lamborghinis , Porsches y los Corvette ZR1 y Z06 . También se ofrecen como una actualización opcional en ciertos [ ¿cuáles? ] coches Audi de alto rendimiento [ aclaración necesaria ] , 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 estuvieron 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 carbotanium utilizado en los superdeportivos Zonda R y Huayra fabricados por la empresa automovilística italiana Pagani .
Notas al pie
- ^ Se escribe con guion "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
- ^ ab 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 la Ciencia e Ingeniería Cerámica . 22 (3: 25.ª Conferencia anual sobre compuestos, cerámica avanzada, materiales y estructuras — A). John Wiley & Sons: 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 a temperatura ambiente y comportamiento de expansión a bajas temperaturas". En Clark, AF; Reed, Richard; Hartwig, Gunther (eds.). Materiales y compuestos 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. Recuperado el 7 de septiembre de 2017 .
- ^ ab Lewandowska-Szumieł, M; Komender, J; Gorecki, A; Kowalski, M (1997). "Fijación de un compuesto de carbono reforzado con fibra de carbono implantado en el 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.
- ^ ab "Propiedades de la fibra de carbono" (PDF) . Instituto Tecnológico de Rochester EDGE (Guía de diseño de ingeniería y entorno) . 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). "High performance carbon-carbon composites" (PDF) . Sādhanā . 28 (1–2): 349–358. doi :10.1007/BF02717143. S2CID 123705345 . Consultado el 28 de junio de 2014 .
- ^ Mercedes-Benz CL55 AMG F1 del año 2000
- ^ Boeing: Ventajas operativas de los frenos de carbono
Enlaces externos
- Frenos de carbono para el Concorde
