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 un 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 de las alas del orbitador del transbordador espacial . Los discos y pastillas de freno de carbono-carbono han sido el componente estándar de los sistemas de frenos de los coches de carreras de Fórmula Uno desde finales de los años 1970; El primer año en que se vieron frenos de carbono en un coche de Fórmula Uno fue en 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 quebradiza que muchas otras cerámicas, carece de resistencia al impacto; El transbordador espacial Columbia fue destruido durante el reingreso a la atmósfera 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 .
El material se elabora en tres etapas: [5]
Primero, el material se coloca en su forma final prevista, con filamento de carbono y/o tela rodeados por un aglutinante orgánico como plástico o brea . A menudo se añade coque o algún otro agregado fino de carbono a la mezcla de aglutinantes.
En segundo lugar, se calienta el estrato, de modo que la pirólisis transforma el aglutinante en carbono relativamente puro. El aglutinante pierde volumen en el proceso, provocando la formación de huecos; la adición de agregado reduce este problema, pero no lo elimina.
En tercer lugar, los huecos se llenan gradualmente forzando un gas formador de carbono, como el acetileno , a través del material a alta temperatura, en el transcurso de varios días. Este largo proceso de tratamiento térmico también permite que el carbono se forme en cristales de grafito más grandes y es la razón principal del alto costo del material. Los paneles grises de "carbono reforzado (RCC)" en los bordes de ataque de las alas y el cono de la nariz del transbordador espacial le costaron a la NASA $ 100,000 por pie cuadrado, [ se necesita aclaración ] aunque gran parte de este costo fue el resultado de la geometría avanzada y los costos de investigación. asociados a los paneles. Esta etapa también puede incluir la fabricación del producto terminado. [5]
C/C es un material duro que puede hacerse altamente resistente a la expansión térmica, los gradientes de temperatura y los ciclos térmicos, dependiendo de cómo se coloque el andamio de fibra y 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 revestimientos protectores para evitar la oxidación. [6] El material tiene una densidad entre 1,6 y 1,98 g/cm 3 . [7]
El carburo de silicio reforzado con fibra de carbono ( C/SiC ) es un desarrollo de carbono-carbono puro que utiliza carburo de silicio con fibra de carbono . Es un poco más denso que el carbono-carbono puro y está pensado [¿ por quién? ] para ser más duradero.
Se puede utilizar en discos y pastillas de freno de vehículos de carretera de alto rendimiento. El primer coche en utilizarlo fue el Mercedes-Benz C215 Coupé edición F1. [8] Es estándar en el Bugatti Veyron y en muchos Bentley , Ferrari , Lamborghinis , Porsche y Corvette ZR1 y Z06 . También se ofrecen como actualización opcional en ciertos [ ¿ cuales? ] automóviles Audi de alto rendimiento [ se necesita aclaración ] , 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 aviones comerciales en la década de 1980, [9] y se utilizaron 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 de carbotanio utilizado en los superdeportivos Zonda R y Huayra fabricados por la empresa italiana de automóviles Pagani .