Οι ίνες άνθρακα μπορούν να σχηματίσουν σύνθετα υλικά με διάφορα υλικά όπως ρητίνες, πλαστικά, κεραμικά, γυαλί και μέταλλα. Τα σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα χαρακτηρίζονται από υψηλή αντοχή, μικρό βάρος, καλή ακαμψία και καλή αντοχή στην κόπωση. Χρησιμοποιούνται κυρίως ως δομικά υλικά που μειώνουν το βάρος-και για απαγωγή θερμότητας κατάλυσης.
Σύνθετα σύνθετα μήτρας ρητίνης ενισχυμένα με ίνες άνθρακα
Τα σύνθετα υλικά μήτρας ρητίνης ενισχυμένα με ίνες άνθρακα (CFRP) έχουν χαμηλή πυκνότητα και υψηλότερη ειδική αντοχή και ειδικό μέτρο από το fiberglass. Η ειδική αντοχή τους είναι 5-6 φορές μεγαλύτερη από αυτή του χάλυβα υψηλής αντοχής και των κραμάτων τιτανίου, διπλάσια από αυτή του υαλοβάμβακα και το ειδικό μέτρο τους είναι 3-4 φορές μεγαλύτερο από αυτά των υλικών. Ως εκ τούτου, το CFRP χρησιμοποιείται ως κύριο δομικό υλικό στην αεροδιαστημική βιομηχανία. Για παράδειγμα, οι πόρτες ωφέλιμου φορτίου του Διαστημικού Λεωφορείου, τα αεροπλάνα, η κατακόρυφη ουρά, οι πόρτες του κύριου συστήματος προσγείωσης και τα εσωτερικά δοχεία πίεσης χρησιμοποιούν όλα CFRP, με αποτέλεσμα τη μείωση βάρους έως και 2 τόνων για το Διαστημικό Λεωφορείο.
Σύνθετα υλικά άνθρακα/άνθρακα
Τα σύνθετα υλικά άνθρακα/άνθρακα (C/C) είναι σύνθετα υλικά με βάση τον άνθρακα-ενισχυμένα με ίνες άνθρακα και τα προϊόντα τους (ανθρακόνημα, ύφασμα άνθρακα κ.λπ.). Οι ίνες άνθρακα (C/C) αποτελούνται από ένα μόνο στοιχείο-άνθρακας-και διαθέτουν τα μοναδικά πλεονεκτήματα για τα υλικά άνθρακα και γραφίτη, όπως χαμηλή πυκνότητα και εξαιρετικές θερμικές ιδιότητες, όπως αντοχή σε κατάλυση, αντίσταση σε θερμικό σοκ, υψηλή θερμική αγωγιμότητα και χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής. Επιδεικνύει επίσης την υψηλή αντοχή και τον υψηλό συντελεστή σύνθετων υλικών. Μια άλλη σημαντική ιδιότητα του C/C είναι οι εξαιρετικές τριβολογικές του ιδιότητες. Το C/C έχει επίσης καλή βιοσυμβατότητα με το ανθρώπινο σώμα.
Σύνθετα υλικά μεταλλικής μήτρας ενισχυμένα με ίνες άνθρακα
Τα σύνθετα υλικά μεταλλικής μήτρας ενισχυμένα με ανθρακονήματα (CFRMs) διαθέτουν μια σειρά από εξαιρετικές ιδιότητες, όπως υψηλή ειδική αντοχή, υψηλό ειδικό μέτρο, αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία, χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής, υψηλή θερμική αγωγιμότητα και ισχυρή αντίσταση στη θερμική παραμόρφωση. Το ενισχυμένο με ανθρακονήματα αλουμίνιο όχι μόνο έχει υψηλότερη αντοχή από τα κράματα αλουμινίου, αλλά προσφέρει επίσης σημαντικά υψηλότερη θερμοκρασία λειτουργίας, διατηρώντας περίπου το 90% της αντοχής του σε εφελκυσμό ακόμη και στους 500Κ περίπου. Το ενισχυμένο με ίνες αλουμίνιο-επιδεικνύει εξαιρετική αντοχή στην κόπωση, διατηρώντας το 63%-84% της αντοχής του σε κόπωση ακόμη και μετά από 10 κύκλους κόπωσης.
Σύνθετα σύνθετα κεραμικής μήτρας ενισχυμένα με ίνες άνθρακα
Η μοιραία αδυναμία των κεραμικών είναι η ευθραυστότητά τους. Η ενίσχυση κεραμικών με ανθρακονήματα βελτιώνει αποτελεσματικά την σκληρότητα, αλλάζει τη μορφολογία της θραύσης και αυξάνει την σκληρότητα. Οι ίνες εμποδίζουν επίσης την ταχεία διάδοση ρωγμών. Τα σύνθετα υλικά κεραμικής μήτρας{3}}ενισχυμένα με ίνες παρουσιάζουν υψηλότερη αντοχή, βελτιωμένες ιδιότητες μηχανικού και θερμικού κραδασμού και σημαντικά ενισχυμένη αντοχή σε θραύση. Σε σύγκριση με τα συνηθισμένα κεραμικά, η αντοχή τους στην κάμψη αυξάνεται κατά περίπου πέντε φορές και η αντοχή τους στη θραύση εκατοντάδες φορές.
Σύνθετα από καουτσούκ ενισχυμένα με ίνες άνθρακα
Κάτω από τις ίδιες συνθήκες κάμψης, τα σύνθετα υλικά από καουτσούκ ενισχυμένα με ανθρακονήματα παρουσιάζουν σημαντικά μεγαλύτερη διάρκεια ζωής σε σύγκριση με το συνηθισμένο καουτσούκ. Η θερμική αγωγιμότητα του καουτσούκ είναι δύο τάξεις μεγέθους μικρότερη από αυτή των ανθρακονημάτων. Όταν το καουτσούκ ενισχύεται με ίνες, οι ίνες άνθρακα σχηματίζουν ένα δίκτυο μεταφοράς θερμότητας εντός του σύνθετου υλικού, επιτρέποντας τη διάχυση της θερμότητας τριβής και βελτιώνοντας έτσι τις θερμικές ιδιότητες, ιδιαίτερα την αντίσταση στη θερμική κόπωση.
