Карбон изобрели ещё в 1950-х годах, но только сейчас его стали широко использовать в массовом производстве, в том числе и автомобилей. Из него делают элементы конструкций, кузова для автомобилей и декоративную отделку, а полноценную замену ему найти практически невозможно. Весь секрет его удивительных качеств заключается в его составе и в методе использования.
Из чего делают машины
За всю историю автомобилестроения какие только материалы не использовали во время создания машин. Конечно, основным материалом всегда была, да и сейчас является сталь разных марок, но помимо неё в ход шло всё, что только попадало под руку, даже дерево. В своё время из дерева изготавливали даже несущие конструкции, не говоря уже о кузовных панелях, поскольку это был самый доступный и лёгкий в обработке материал. Сейчас это выглядит несколько парадоксальным, но кузов делали в том числе из кожи и обработанной ткани, которые натягивались на жесткий каркас.
Кузов вообще был одной из самых проблемных частей автомобиля. Его могли ударить, поцарапать, помять, он выгорал на солнце, ржавел под дождём и страдал от многочисленных капризов природы или выходок человека. Стандартным материалом для кузова в итоге стала листовая сталь, она была прочной и легко красилась. Правда, на нём заводилась ржавчина, но с этим приходилось мириться и попутно совершенствовать лакокрасочные покрытия. Всё изменилось в 1953 году, когда в свет вышел Chevrolet Corvette с кузовом из стеклопластика, но стеклопластик так и не стал универсальным материалом. Он оказался слишком уж хрупким, особенно при низких температурах, терял расцветку на прямых солнечных лучах, имеет слишком низкую прочность и не защищает от ударов. И тогда ему на замену пришёл другой материал – карбон.
Карбон, как он есть
На самом деле, в карбоне нет ничего волшебного или загадочного, в основе его лежит обычный углерод, то есть та самая чёрная сажа, которая остаётся после горения. Углерод обладает очень интересными качествами в зависимости от формы и способа использования. Например, в виде графита он мягкий и используется в качестве стержня в карандашах, с перестроенной кристаллической решёткой он имеет очень большую твёрдость, а свойства графена, тоже одной из форм углерода, до сих пор полностью не изучены. Карбон – это тоже один из способов использования углерода.
Впервые углеродное волокно получили ещё в конце 1950-х годов, но после некоторых исследований отказались от его серьёзного использования. Оно оказалось слишком хрупким, поэтому всё, что из него изготавливалось, не выдерживало хоть сколько-нибудь больших нагрузок. Лишь потом, после более детальных исследований и экспериментов, удалось добиться каких-то результатов. В ходе этих исследований и появилась технология создания карбона. Фактически это композит, созданный на основе углеродного волокна и минеральных смол.
Основа углеродной нити – тонкое волокно из органических материалов или полимеров, например, из вискозы или полиакрилнитрила. Это волокно в течение суток нагревают на воздухе при температуре в 250 градусов, то есть фактически обугливают. После этого при температуре до 1500 градусов волокно карбонизируют (кристаллизация углерода), а потом при температуре до 3 тысяч градусов насыщают графитом. После многократного повторения этого процесса концентрация углерода в волокне составляет примерно 99%, а его молекулы выстраиваются в определённую структуру. Процесс изготовления углеродного волокна очень сложный, долгий и недешёвый, поэтому стоимость готового продукта, то есть карбона, крайне высокая. И пока что удешевить его невозможно.
Исходным материалом для создания карбона как раз и служит углеродное волокно. Поскольку оно не отличается особой прочностью, его сплетают в более толстые нити и делают более прочное полотно, используя определённые техники плетения. Всё дальнейшее – дело техники и умелых рук специалистов. К примеру, если нужно изготовить карбоновую полусферу, делают форму определённого диаметра, обклеивают её полотном, а его промазывают минеральной смолой, после чего происходит термообработка под прессом. Как только полимеризация завершится, получается карбоновая деталь.
Карбон в автомобилестроении
Сам по себе карбон является композитом, то есть это пластик из смолы, армированный углеродными нитями. Все композиты обладают очень интересными качествами, но карбон в этом плане настоящий рекордсмен. В некоторые его свойства даже поверить сложно. Он может выдерживать температуру до 2 тысяч градусов по Цельсию без деформации и потери прочности, он превосходит титан по прочностным характеристикам и при этом легче стали примерно в пять раз. Применений у него много, его используют в создании автомобилей, в аэрокосмической промышленности, в машиностроении, в приборостроении, из него даже стали делать аксессуары для мобильных телефонов.
Поначалу из него делали кузова для гоночных машин, а впервые использовали для этих целей в 1980-х годах. Впоследствии эта технология перекочевала в гражданское автомобилестроение, а поскольку сам по себе материал так и остался дорогим, его используют преимущественно в создании суперкаров с крайне завышенным ценником.
В последние годы ради уменьшения веса автомобилей из карбона стали делать не только кузов, но и другие детали, в том числе и несущие. Карбоновый монокок уже превратился из экзотики в обыденность, и количество композитных деталей конструкции постоянно растёт. Карбон стал настолько популярным, что его пускают на отделку салона и делают из него декоративные вставки. Технология сохраняется та же самая: на форму (макет) наносится полотно или карбоновая нить вместе со смолой, а потом всё это фиксируется при помощи температуры и давления. Получается дорого, но надёжно.
Из карбона делают не только детали для автомобилей и кузова, он отлично подходит для аксессуаров, например, для фирменных часов Bugatti Carbone Limited Edition.
