В 1860 году Джозеф Суон изобрел прототип лампы накаливания – полувакуумную лампу с угольной проволокой. Для освещения тёмной ночи в качестве светящегося тела электрического света было использовано углеродное волокно.
Раннее углеродное волокно было незаметным, изготавливалось из натуральных волокон, обладало низкой структурной прочностью, качество нити из него было низким, она легко ломалась при использовании, а её прочность была далека от идеала, поэтому его быстро заменили вольфрамовой нитью. В результате исследования в области углеродного волокна зашли в тупик.
В 1950-х годах, когда в аэрокосмической отрасли возрос спрос на высокотемпературные, коррозионно-стойкие и высокопрочные материалы, люди снова обратили свои надежды на карбиды. После серии исследований был наконец найден материал с температурой плавления 3600 °C, получивший официальное название «углеродное волокно».
Лучшими свойствами углеродного волокна являются лёгкость, высокая прочность, высокая удельная прочность и модуль упругости. Его плотность составляет менее 1/4 плотности стали, его предел прочности на растяжение примерно в 10 раз выше, чем у железа, а модуль упругости при растяжении примерно в 7 раз выше, чем у железа. Кроме того, углеродное волокно обладает рядом превосходных характеристик, таких как неутомляемость, коррозионная стойкость, химическая и термическая стабильность.
В области авиационных двигателей углеродное волокно в основном комбинируется со смолой, металлом, керамикой и другими субстратами в форме армированной основы, а комбинация называется композитами, армированными углеродным волокном (CFRP). Она хорошо работает с точки зрения снижения веса и эффективности, снижения шума и выбросов, повышения прочности материала и экономии топлива.
Композитные материалы также постепенно используются в высокотемпературных компонентах авиационных двигателей, таких как катетер регулируемого перепускного клапана (VBV) GEnx, изготовленный из двойного малеинового амида (BMI), армированного углеродным волокном, весом всего 3,6 кг на катетер. В сопле смешанного потока (MFN) российского двигателя SaM146 также используются детали из BMI, армированного углеродным волокном, которые примерно на 20 кг легче металлических.
В будущем, с дальнейшим повышением прочности и ударной вязкости композитов из углеродного волокна, применение композитов из углеродного волокна в авиационных двигателях станет популярным: улучшение процесса формирования CFRTP термоусадочного пластика, улучшение процесса формирования углерода для формирования углерод/углеродных композитов CFRC, улучшение процесса формирования металла CFRM, улучшение процесса формирования резины CFRR... В любом направлении композиты из углеродного волокна станут необходимым материалом для будущих высокопроизводительных авиационных двигателей.
Время публикации: 09 апреля 2019 г.