Kompozyty węgiel-węgiel (C/C) to zaawansowane materiały konstrukcyjne, łączące niską masę, wyjątkowe właściwości mechaniczne z odpornością na wysokie temperatury, pozwalającą na zachowanie stabilności w temperaturze nawet powyżej 2800 °C. Z tego też względu cieszą się dużym zainteresowaniem w przemyśle lotniczym, zbrojeniowym i kosmicznym – głównie w kontekście budowy napędów rakietowych i osłon TPS (thermal protection system).
Jak wyjaśnia William Fahy z działającego przy Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa ośrodka badawczego APL (Applied Physics Laboratory), kompozyt C/C stanowi jeden z najważniejszych materiałów na potrzeby fabrykacji struktur ochronnych TPS, pozwalających hipersonicznym statkom powietrznym wytrzymać ekstremalne ciepło.
W budowie kompozytów C/C możemy wyróżnić wzmocnienie z włókien węglowych i grafitową osnowę. Włókna zbrojenia zatapiane są w matrycy węglowej w ramach szeregu zabiegów cyklicznych obejmujących infiltrację prekursorem, który następnie poddawany jest zwęgleniu. Proces jest długotrwały i wymaga wielokrotnego powtarzania dla osiągnięcia wymaganej gęstości.
Alternatywne podejście, zaproponowane przez specjalistów z APL, zastępuje cykliczne operacje zwęglenia jednorazową procedurą FAST CAR2 (Field-Assisted Sintering Technique for Carbon-Carbon), opartą na spiekaniu wspomaganym polem elektrycznym. Czasochłonność proces fabrykacji kompozytu ulega tym samym redukcji z kilku miesięcy do kilku dni. Uzyskane w ten sposób cylindryczne próbki o średnicy do 20 cm wykazały się porównywalną lub większą gęstością niż w przypadku dotychczasowych procesów. Funkcjonalność kompozytu C/C otrzymanego nową metodą potwierdziły też testy ablacyjne. Trwają prace nad rozszerzeniem możliwości produkcyjnych technologii FAST CAR2 pod kątem wykonywania bardziej rozległych struktur w perspektywie potencjalnych zastosowań praktycznych.
jhuapl.edu
