Im Jahr 1860 erfand Joseph Swan den Prototyp der Glühlampe, die Halbvakuum-Kohledrahtlampe. Um die dunkle Nacht zu erhellen, wurde Kohlefaser als Leuchtkörper für elektrisches Licht verwendet.
Die frühen Kohlenstofffasern waren unauffällig. Sie bestanden aus Naturfasern mit geringer struktureller Festigkeit, die Qualität der daraus hergestellten Filamente war schlecht, sie brachen leicht im Gebrauch und ihre Haltbarkeit war alles andere als optimal. Sie wurden schnell durch Wolframfilamente ersetzt. Infolgedessen ist die Kohlenstofffaserforschung in eine Ruhephase eingetreten.
In den 1950er Jahren stieg die Nachfrage nach hochtemperaturbeständigen, korrosionsbeständigen und hochfesten Materialien in der Luft- und Raumfahrt, und die Menschen richteten ihre Hoffnungen erneut auf Karbide. Nach einer Reihe von Studien wurde das Material mit einem Schmelzpunkt von 3.600 °C schließlich gefunden und offiziell „Kohlefaser“ genannt.
Die besten Eigenschaften von Kohlefasern sind ihr geringes Gewicht, ihre hohe Festigkeit, ihre hohe spezifische Festigkeit und ihr spezifischer Elastizitätsmodul. Ihre Dichte beträgt weniger als ein Viertel der von Stahl, ihre Zugfestigkeit ist etwa zehnmal so hoch wie die von Eisen und ihr Dehnungsmodul etwa siebenmal so hoch wie der von Eisen. Darüber hinaus weisen Kohlefasern eine Reihe hervorragender Eigenschaften auf, wie z. B. Ermüdungsfreiheit, Rostfreiheit, chemische Stabilität und gute Wärmebeständigkeit.
Im Bereich der Flugzeugtriebwerke wird Kohlefaser hauptsächlich mit Harz, Metall, Keramik und anderen Substraten in Form einer verstärkten Basis kombiniert. Diese Kombination wird als kohlenstofffaserverstärkter Verbundwerkstoff (CFK) bezeichnet und eignet sich gut für Gewichtsreduzierung und Effizienz, reduziert Lärm und Emissionen und verbessert die Materialfestigkeit sowie den Kraftstoffverbrauch.
Verbundwerkstoffe werden zunehmend auch in Hochtemperaturkomponenten von Flugzeugtriebwerken eingesetzt, beispielsweise im variablen Überstromventilkatheter (VBV) des GEnx, der aus kohlenstofffaserverstärktem Doppelmaleinsäureamid (BMI) besteht und nur 3,6 kg pro Katheter wiegt. Auch die Mischstromdüse (MFN) des russischen SaM146-Triebwerks verwendet kohlenstofffaserverstärkte BMI-Teile, die etwa 20 Kilogramm leichter sind als Metall.
Mit der weiteren Verbesserung der Festigkeit und Zähigkeit von Kohlefaserverbundwerkstoffen wird sich in Zukunft auch deren Anwendung in Flugzeugtriebwerken durchsetzen: Verbesserung der Bildung von CFRTP durch thermische Schrumpfung, Verbesserung des Kohlenstoffprozesses zur Bildung von CFRC-Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen, Verbesserung der Bildung von CFRM-Metallprozessen, Verbesserung der Bildung von CFRR-Gummiprozessen … In beiden Fällen werden Kohlefaserverbundwerkstoffe ein wesentliches Material für zukünftige Hochleistungs-Flugzeugtriebwerke sein.
Beitragszeit: 09.04.2019