La fibra de carbono puede formar materiales compuestos con diversos materiales como resinas, plásticos, cerámicas, vidrio y metales. Los compuestos de fibra de carbono se caracterizan por su alta resistencia, peso ligero, buena rigidez y buena resistencia a la fatiga. Se utilizan principalmente como materiales estructurales para reducir el peso-y para la disipación de calor por ablación.
Compuestos de matriz de resina reforzados con fibra de carbono
Los compuestos de matriz de resina reforzada con fibra de carbono (CFRP) tienen baja densidad y mayor resistencia y módulo específico que la fibra de vidrio. Su resistencia específica es 5-6 veces mayor que la del acero de alta resistencia y las aleaciones de titanio, el doble que la de la fibra de vidrio y su módulo específico es 3-4 veces mayor que el de estos materiales. Por lo tanto, el CFRP se utiliza como material estructural principal en la industria aeroespacial. Por ejemplo, las puertas de carga útil, los alerones, la cola vertical, las puertas del tren de aterrizaje principal y los recipientes a presión internos del transbordador espacial utilizan CFRP, lo que resulta en una reducción de peso de hasta 2 toneladas para el transbordador espacial.
Carbono/compuestos de carbono
Los compuestos de carbono/carbono (C/C) son materiales compuestos-a base de carbono reforzados con fibras de carbono y sus productos (fieltro de carbono, tela de carbono, etc.). La fibra de carbono (C/C) está compuesta de un solo elemento -carbono- y posee las ventajas exclusivas de los materiales de carbono y grafito, como baja densidad y excelentes propiedades térmicas, incluida la resistencia a la ablación, la resistencia al choque térmico, la alta conductividad térmica y un bajo coeficiente de expansión térmica. También exhibe la alta resistencia y el alto módulo de los materiales compuestos. Otra propiedad importante de C/C son sus excelentes propiedades tribológicas. C/C también tiene buena biocompatibilidad con el cuerpo humano.
Compuestos de matriz metálica reforzados con fibra de carbono
Los compuestos de matriz metálica reforzados con fibra de carbono (CFRM) poseen una serie de propiedades excelentes, que incluyen alta resistencia específica, alto módulo específico, resistencia a altas temperaturas, bajo coeficiente de expansión térmica, alta conductividad térmica y fuerte resistencia a la deformación térmica. El aluminio reforzado con fibra de carbono no sólo tiene mayor resistencia que las aleaciones de aluminio, sino que también ofrece una temperatura de servicio significativamente más alta, conservando aproximadamente el 90 % de su resistencia a la tracción incluso a alrededor de 500 K. El aluminio-reforzado con fibra exhibe una excelente resistencia a la fatiga y conserva entre el 63% y el 84% de su resistencia a la fatiga incluso después de 10 ciclos de fatiga.
Compuestos de matriz cerámica reforzados con fibra de carbono
La fatal debilidad de la cerámica es su fragilidad. El refuerzo de cerámica con fibra de carbono mejora eficazmente la tenacidad, altera la morfología de la fractura y aumenta la tenacidad. Las fibras también evitan la rápida propagación de grietas. Los compuestos de matriz cerámica reforzados con fibra- exhiben mayor resistencia, mejores propiedades de choque mecánico y térmico y una tenacidad a la fractura significativamente mejorada. En comparación con las cerámicas ordinarias, su resistencia a la flexión aumenta aproximadamente cinco veces y su tenacidad a la fractura cientos de veces.
Compuestos de caucho reforzados con fibra de carbono
En las mismas condiciones de flexión, los compuestos de caucho reforzados con fibra de carbono muestran una vida útil significativamente más larga en comparación con el caucho común. La conductividad térmica del caucho es dos órdenes de magnitud menor que la de la fibra de carbono. Cuando el caucho se refuerza con fibras, las fibras de carbono forman una red de transferencia de calor dentro del compuesto, lo que permite que el calor por fricción se disipe y, por tanto, mejora las propiedades térmicas, en particular la resistencia a la fatiga térmica.
