Análisis Técnico – Carbono-carbono

covalent-bond-cloud-diagram

Doble enlace covalente de carbono.

El enlace doble carbono-carbono es un compuesto de fibras de grafito altamente ordenado y embebido en una matriz de carbono. El enlace covalente carbono-carbono está hecho por la progresiva consolidación de una matriz de carbono en una preforma de fibra a través de una serie de impregnación y de pirólisis pasos o deposición química de vapor. Esta composición tiende a ser más rígido, más fuerte y más ligero que otros materiales.

El proceso de una mezcla carbono-carbono consiste en la construcción de la matriz de carbono alrededor de las fibras de grafito. Hay dos formas comunes para crear la matriz: a través de la deposición de vapor químico y mediante la aplicación de una resina.

La deposición química de vapor (CVD) comienza con una preforma en la forma deseada de la parte, generalmente formado a partir de varias capas de tejido de carbono tejida. La preforma se calienta en un horno a presión con un gas orgánico, como por ejemplo metano, acetileno o benceno.

cvd

La deposición química de vapor (CVD) es un proceso químico por el que se depositan materiales en diversas formas originando productos de de alta pureza y de alto rendimiento.

En condiciones de alta presión y calor, el gas se descompone depositándose una capa de carbono sobre las fibras de carbono. El gas se difunde a través de toda la preforma haciendo una matriz uniforme en un proceso muy lento, requiriendo a menudo varias semanas y varios pasos de procesamiento para hacer una sola parte.

En la segunda fase, una resina termoestable tal como epoxi o fenólica se aplica bajo presión a la preforma, que se piroliza a continuación en carbono a alta temperatura. Alternativamente, una preforma se construye a partir de tejidos impregnados con resina de carbono o hilos – tejidos o no – para, a continuación, curarse y pirolizarse.

carbon-nanotubes

Existen diversos nanotubos de carbono dependiendo de su torsión (quiralidad) y el número de capas de su composición (zigzag y armchair).

La contracción en la resina durante la carbonización abre pequeñas grietas en la matriz reduciendo la densidad. La parte debe entonces ser re-inyectada y pirolizada varias veces (hasta una docena de ciclos) llenando los pequeños grietas logrando la densidad deseada. La densificación se puede realizar también utilizando CVD.

Un factor limitante en el uso de materiales compuestos de carbono-carbono es el gasto de fabricación asociado con estos métodos convencionales lentos y complejos.

carbon-nanotube

Nanotubos de carbono vistos con un microscopio electrónico.

La innovación más reciente es el uso de nanotubos de carbono. La fuerza de los enlaces carbono-carbono sp2 dan nanotubos de carbono propiedades mecánicas sorprendentes. La rigidez de un material se mide en términos de su módulo de Young – módulo de elasticidad longitudinal – que mide la velocidad de cambio de la tensión con la tensión aplicada.

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Proceso de descompresión de un nanotubo en una cinta de nanografito.

El módulo de Young de los mejores nanotubos puede alcanzar los 1000 gigapascales, es decir, 5 veces más alto que el acero. La fuerza tensora o la fueza de rotura de los nanotubos puede llegar a los 63 gigapascales, que es alrededor de 50 veces mayor que el acero.

Estas propiedades, junto con la ligereza de los nanotubos de carbono, les da un gran potencial en todas las aplicaciones. No obstante, como de costumbre, su limitación está en el coste de fabricación.

carbon-fiber

Estas cintas de nanografito conforman las películas del polímero que forma la fibra de carbono.


fuente: formula1-dictionary

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