Carbone-carbone renforcé - Reinforced carbon–carbon

Morceaux de carbone-carbone renforcé comprenant un panneau retiré de l'aile de la navette spatiale Atlantis , montrant une rupture fragile du C / C due à un impact de mousse reproduisant un événement possible lors du lancement final de Columbia .

Le carbone renforcé de fibre de carbone ( CFRC ), le carbone-carbone ( C / C ) ou le carbone-carbone renforcé ( RCC ) est un matériau composite constitué d' un renfort en fibre de carbone dans une matrice de graphite . Il a été développé pour les véhicules de rentrée des missiles balistiques intercontinentaux et est le plus largement connu comme le matériau du cône de nez et des bords d' attaque des ailes de l' orbiteur de la navette spatiale . Les disques de frein et les plaquettes de frein en carbone-carbone sont le composant standard des systèmes de freinage des voitures de course de Formule 1 depuis 1976.

Le carbone-carbone est bien adapté aux applications structurelles à des températures élevées, ou lorsqu'une résistance aux chocs thermiques et / ou un faible coefficient de dilatation thermique sont nécessaires. Bien qu'il soit moins cassant que de nombreuses autres céramiques, il manque de résistance aux chocs; La navette spatiale Columbia a été détruite lors de la rentrée atmosphérique après qu'un de ses panneaux RCC a été brisé par l'impact d'un morceau d' isolant en mousse de polyuréthane qui s'est détaché du réservoir externe de la navette spatiale .

Production

Le disque de frein du système de freinage de cette voiture de course Ferrari est fabriqué à partir de carbure de silicium renforcé de fibre de carbone qui est un CMC plutôt qu'un C / C

Le matériau est fabriqué en trois étapes:

Tout d'abord, le matériau est déposé dans sa forme finale prévue, avec un filament de carbone et / ou un tissu entouré d'un liant organique tel que du plastique ou du brai . Souvent, du coke ou un autre agrégat de carbone fin est ajouté au mélange de liant.

Deuxièmement, la couche est chauffée, de sorte que la pyrolyse transforme le liant en carbone relativement pur. Le liant perd du volume au cours du processus, provoquant la formation de vides; l'ajout d'agrégat réduit ce problème, mais ne l'élimine pas.

Troisièmement, les vides sont progressivement remplis en forçant un gaz formant du carbone tel que l' acétylène à travers le matériau à une température élevée, pendant plusieurs jours. Ce long processus de traitement thermique permet également au carbone de se former en cristaux de graphite plus gros , et est la principale raison du coût élevé du matériau. Les panneaux gris «carbone-carbone renforcé (RCC)» sur les bords d'attaque de l'aile et le cône avant de la navette spatiale ont coûté à la NASA 100 000 $ / pied carré à produire, bien qu'une grande partie de ce coût ait été le résultat de la géométrie avancée et des coûts de recherche associés aux panneaux . Cette étape peut également inclure la fabrication du produit fini.

Le C / C est un matériau dur qui peut être rendu hautement résistant à la dilatation thermique, aux gradients de température et aux cycles thermiques, en fonction de la façon dont l'échafaudage en fibres est disposé et de la qualité / densité de la charge de matrice.

Propriétés mécaniques

La résistance du carbone-carbone avec des fibres de renfort unidirectionnelles peut atteindre 700 MPa. Les matériaux carbone-carbone conservent leurs propriétés au-dessus de 2000 ° C. Cette température peut être dépassée à l'aide de revêtements protecteurs pour éviter l'oxydation. Le matériau a une densité comprise entre 1,6 et 1,98 g / cm 3 .

Produits similaires

Les freins en carbone Dunlop utilisés sur l' avion de ligne Concorde .

Le carbure de silicium renforcé de fibres de carbone ( C / SiC ) est un développement de carbone-carbone pur qui utilise du carbure de silicium avec de la fibre de carbone . Il est légèrement plus dense que le carbone-carbone pur et on pense qu'il est plus durable.

Il peut être utilisé dans le disque de frein et les plaquettes de frein des voitures de route hautes performances. La première voiture à l'utiliser a été la Mercedes-Benz C215 Coupe F1 édition. Il est de série sur la Bugatti Veyron et certaines Bentleys , Ferrari , Porsche , Corvette ZR1 , ZO6 et Lamborghini actuelles . Ils sont également proposés en tant que «mise à niveau optionnelle» sur certaines voitures Audi hautes performances , notamment les D3 S8 , B7 RS4 , C6 S6 et RS6 , et la R8 . Le matériau n'est pas utilisé dans la Formule 1 en raison de son poids.

Les freins en carbone sont devenus largement disponibles pour les avions commerciaux dans les années 1980, après avoir été utilisés pour la première fois sur le transport supersonique Concorde .

Un composite de carbone non céramique connexe utilisé dans les voitures de course de haute technologie est le composite de carbone-titane carbotanium utilisé dans les supercars Zonda R et Huayra fabriquées par la société automobile italienne Pagani .

Notes de bas de page

Les références

Liens externes