La fibre de carbone peut former des matériaux composites avec divers matériaux tels que les résines, les plastiques, la céramique, le verre et les métaux. Les composites en fibre de carbone se caractérisent par une résistance élevée, un poids léger, une bonne rigidité et une bonne résistance à la fatigue. Ils sont principalement utilisés comme matériaux structurels réduisant le poids et pour la dissipation de la chaleur par ablation.
Composites à matrice de résine renforcée de fibre de carbone
Les composites à matrice de résine renforcée de fibre de carbone (CFRP) ont une faible densité et une résistance spécifique et un module spécifique plus élevés que la fibre de verre. Leur résistance spécifique est 5-6 fois celle de l'acier à haute résistance et des alliages de titane, deux fois celle de la fibre de verre, et leur module spécifique est 3 à 4 fois celui de ces matériaux. Par conséquent, le CFRP est utilisé comme principal matériau de structure dans l’industrie aérospatiale. Par exemple, les portes de charge utile, les ailerons, l'empennage vertical, les portes du train d'atterrissage principal et les récipients sous pression internes de la navette spatiale utilisent tous du CFRP, ce qui entraîne une réduction de poids allant jusqu'à 2 tonnes pour la navette spatiale.
Composites carbone/carbone
Les composites carbone/carbone (C/C) sont des matériaux composites à base de carbone-renforcés de fibres de carbone et de leurs produits (feutre de carbone, tissu de carbone, etc.). La fibre de carbone (C/C) est composée d'un seul élément -carbone- et possède les avantages uniques aux matériaux en carbone et en graphite, tels qu'une faible densité et d'excellentes propriétés thermiques, notamment la résistance à l'ablation, la résistance aux chocs thermiques, une conductivité thermique élevée et un faible coefficient de dilatation thermique. Il présente également la haute résistance et le module élevé des matériaux composites. Une autre propriété importante de C/C réside dans ses excellentes propriétés tribologiques. C/C présente également une bonne biocompatibilité avec le corps humain.
Composites à matrice métallique renforcés de fibres de carbone
Les composites à matrice métallique renforcée de fibres de carbone (CFRM) possèdent une série d'excellentes propriétés, notamment une résistance spécifique élevée, un module spécifique élevé, une résistance à haute température, un faible coefficient de dilatation thermique, une conductivité thermique élevée et une forte résistance à la déformation thermique. L'aluminium renforcé de fibres de carbone présente non seulement une résistance supérieure à celle des alliages d'aluminium, mais offre également une température de service nettement plus élevée, conservant environ 90 % de sa résistance à la traction, même à environ 500 K. L'aluminium renforcé de fibres-présente une excellente résistance à la fatigue, conservant 63 à 84 % de sa résistance à la fatigue même après 10 cycles de fatigue.
Composites à matrice céramique renforcée de fibre de carbone
La faiblesse fatale de la céramique est sa fragilité. Le renforcement des céramiques avec de la fibre de carbone améliore efficacement la ténacité, modifie la morphologie de la fracture et augmente la ténacité. Les fibres empêchent également la propagation rapide des fissures. Les composites à matrice céramique renforcée de fibres-présentent une résistance plus élevée, des propriétés de choc mécanique et thermique améliorées et une ténacité à la rupture considérablement améliorée. Par rapport aux céramiques ordinaires, leur résistance à la flexion est environ cinq fois supérieure et leur résistance à la rupture des centaines de fois.
Composites de caoutchouc renforcé de fibre de carbone
Dans les mêmes conditions de flexion, les composites de caoutchouc renforcés de fibres de carbone présentent une durée de vie nettement plus longue que le caoutchouc ordinaire. La conductivité thermique du caoutchouc est inférieure de deux ordres de grandeur à celle de la fibre de carbone. Lorsque le caoutchouc est renforcé de fibres, les fibres de carbone forment un réseau de transfert de chaleur au sein du composite, permettant à la chaleur de frottement de se dissiper et améliorant ainsi les propriétés thermiques, notamment la résistance à la fatigue thermique.
