الكربون المقوى-الكربون
الكربون المقوى بألياف الكربون [n 1] ( CFRC [4] )، أو الكربون-الكربون ( C/C [2] )، أو الكربون-الكربون المقوى ( RCC ) هو مادة مركبة تتكون من تعزيز ألياف الكربون في مصفوفة من الجرافيت . تم تطويره لمركبات إعادة الدخول للصواريخ الباليستية العابرة للقارات ، وهو معروف على نطاق واسع بأنه المادة المستخدمة في مخروط الأنف والحواف الأمامية للجناح لمركبة الفضاء المكوكية . كانت أقراص الفرامل ووسادات الفرامل المصنوعة من الكربون-الكربون هي المكون القياسي لأنظمة الفرامل في سيارات سباق الفورمولا وان منذ أواخر السبعينيات؛ كانت أول سنة شوهدت فيها فرامل الكربون في سيارة الفورمولا وان عام 1976.
يُعد الكربون-الكربون مناسبًا تمامًا للتطبيقات البنيوية في درجات الحرارة المرتفعة، أو حيث تكون مقاومة الصدمات الحرارية و/أو معامل التمدد الحراري المنخفض مطلوبًا. وفي حين أنه أقل هشاشة من العديد من السيراميك الأخرى، إلا أنه يفتقر إلى مقاومة الصدمات؛ فقد دُمرت مكوك الفضاء كولومبيا أثناء إعادة دخول الغلاف الجوي بعد كسر أحد ألواح الخرسانة المسلحة الخاصة بها بسبب تأثير قطعة من عزل رغوة البولي يوريثين التي انكسرت من الخزان الخارجي لمكوك الفضاء .
إنتاج
يتم تصنيع المادة على ثلاث مراحل: [5]
أولاً، يتم وضع المادة في شكلها النهائي المقصود، مع وضع خيوط الكربون و/أو القماش المحيط بها بمادة رابطة عضوية مثل البلاستيك أو القار . وفي كثير من الأحيان، يتم إضافة الكوك أو بعض المواد الكربونية الدقيقة الأخرى إلى خليط المادة الرابطة.
ثانيًا، يتم تسخين الطبقة، بحيث يتحول الرابط بالتحلل الحراري إلى كربون نقي نسبيًا. يفقد الرابط الحجم في هذه العملية، مما يتسبب في تكوين فراغات؛ وتعمل إضافة المواد الخام على تقليل هذه المشكلة، ولكنها لا تقضي عليها.
ثالثًا، يتم ملء الفراغات تدريجيًا عن طريق إجبار غاز مكون للكربون مثل الأسيتيلين على المرور عبر المادة عند درجة حرارة عالية، على مدار عدة أيام. تسمح عملية المعالجة الحرارية الطويلة هذه أيضًا للكربون بالتحول إلى بلورات جرافيت أكبر ، وهي السبب الرئيسي لارتفاع تكلفة المادة. تكلف الألواح الرمادية "الكربون المقوى (RCC)" على الحواف الأمامية لجناح مكوك الفضاء ومخروط الأنف وكالة ناسا 100000 دولار أمريكي / قدم مربع لإنتاجها، [ بحاجة لتوضيح ] على الرغم من أن الكثير من هذه التكلفة كان نتيجة للهندسة المتقدمة وتكاليف البحث المرتبطة بالألواح. يمكن أن تشمل هذه المرحلة أيضًا تصنيع المنتج النهائي. [5]
C/C هي مادة صلبة يمكن تصنيعها لتكون شديدة المقاومة للتمدد الحراري وتدرجات درجات الحرارة والدورة الحرارية، اعتمادًا على كيفية وضع سقالة الألياف وجودة/كثافة حشو المصفوفة. تحتفظ مواد الكربون-الكربون بخصائصها فوق 2000 درجة مئوية. يمكن تجاوز هذه الدرجة بمساعدة الطلاءات الواقية لمنع الأكسدة. [6] تتمتع المادة بكثافة تتراوح بين 1.6 و1.98 جم/سم 3 . [7]
منتجات مماثلة
 | This section does not cite any sources. (July 2023) |
كربيد السيليكون المقوى بألياف الكربون ( C/SiC ) هو تطوير للكربون-الكربون النقي الذي يستخدم كربيد السيليكون مع ألياف الكربون . وهو أكثر كثافة قليلاً من الكربون-الكربون النقي ويُعتقد [ من قبل من؟ ] أنه أكثر متانة.
يمكن استخدامه في أقراص الفرامل ووسادات الفرامل للسيارات عالية الأداء على الطرق. كانت أول سيارة تستخدمها هي مرسيدس بنز C215 كوبيه F1. [8] إنه قياسي في Bugatti Veyron والعديد من سيارات Bentley و Ferraris و Lamborghinis و Porsches و Corvette ZR1 و Z06 . كما يتم تقديمها كترقية اختيارية في بعض [ أي؟ ] سيارات Audi عالية الأداء [ بحاجة لتوضيح ] ، بما في ذلك D3 S8 و B7 RS4 و C6 S6 و RS6 و R8 . لا تُستخدم المادة في الفورمولا 1 بسبب وزنها.
أصبحت فرامل الكربون متاحة على نطاق واسع للطائرات التجارية في ثمانينيات القرن العشرين، [9] حيث تم استخدامها لأول مرة في طائرة النقل الأسرع من الصوت كونكورد .
مركب كربوني غير سيراميكي ذو صلة يستخدم في السيارات السباق عالية التقنية هو مركب الكربون والتيتانيوم الكاربوتانيوم المستخدم في السيارات الخارقة Zonda R وHuayra التي تصنعها شركة السيارات الإيطالية Pagani .
الحواشي
- ^ يتم وضع علامات وصل مختلفة على كل من "الكربون المقوى بألياف الكربون"، [2] "الكربون المقوى بألياف الكربون"، [3] أو "الكربون المقوى بألياف الكربون"؛ [4] بينما يتم كتابة "ألياف الكربون" أيضًا "ألياف الكربون".
مراجع
- ^ على حافة الصدارة
- ^ ab Kochendörfer, Richard (2009-09-28) [2001]. Singh, Mrityunjay; Jessen, Todd (eds.). "Ceramic Matrix Composites - From Space to Earth: The Move from Prototype to Serial Production". Ceramic Engineering and Science Proceedings . 22 (3: 25th Annual Conference on Composites, Advanced Ceramics, Materials, and Structures — A). John Wiley & Sons: 11–22 : 11. doi :10.1002/9780470294680.ch2. ISBN 9780470295144. ISSN 0196-6219 . تم الاسترجاع في 7 سبتمبر 2017 .
- ^ فريتز، دبليو؛ هوتنر، دبليو؛ هارتويج، جي. (2012-12-06) [1979]. "مركبات الكربون المقواة بألياف الكربون: المعالجة، وخصائص درجة حرارة الغرفة، وسلوك التمدد في درجات الحرارة المنخفضة". في كلارك، إيه إف؛ ريد، ريتشارد؛ هارتويج، جونثر (المحررون). المواد غير المعدنية والمركبات في درجات الحرارة المنخفضة . المواد المبردة (CRYMS). سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا. ص. 245-266: 245. doi :10.1007/978-1-4615-7522-1_16. ISBN 9781461575221تم الاسترجاع بتاريخ 7 سبتمبر 2017 .
- ^ ab Lewandowska-Szumieł, M; Komender, J; Gorecki, A; Kowalski, M (1997). "تثبيت مركب كربوني مقوى بألياف الكربون مزروع في العظام". مجلة علوم المواد: المواد في الطب . 8 (8): 485-488. doi :10.1023/A:1018526226382. ISSN 0957-4530. PMID 15348714. S2CID 26258090.
- ^ ab "خصائص ألياف الكربون" (PDF) . معهد روتشستر للتكنولوجيا EDGE (دليل التصميم الهندسي والبيئة) . مايو 2004. تم الاسترجاع في 30 يناير 2019 .
- ^ بيانات خصائص المواد: كربون-كربون
- ^ LALIT M MANOCHA (24 أبريل 2003). "مركبات الكربون-الكربون عالية الأداء" (PDF) . Sādhanā . 28 (1-2): 349-358. doi :10.1007/BF02717143. S2CID 123705345. تم الاسترجاع في 2014-06-28 .
- ^ 2000 مرسيدس بنز CL55 AMG F1
- ^ بوينج: المزايا التشغيلية للفرامل الكربونية
روابط خارجية
- فرامل الكربون لطائرة كونكورد
