கார்பன்-கார்பன் கலப்புப் பொருள் என்றால் என்ன?

கார்பன்/கார்பன் கலவை (சி/சி கலவைஇது கார்பன் இழை வலுவூட்டல் மற்றும் ஒரு கார்பன் மேட்ரிக்ஸால் ஆன, முற்றிலும் கார்பனால் ஆன ஒரு கலவைப் பொருளாகும். இதன் வரையறுக்கும் பண்பு, இது முற்றிலும் கார்பனை அடிப்படையாகக் கொண்டது என்பதில் அடங்கியுள்ளது. இதில், கார்பன் இழை வலைப்பின்னல் கட்டமைப்புச் சட்டகமாகச் செயல்பட, வெப்பச் சிதைவு கார்பன் அல்லது ரெசின் கார்பனாக்கம் மூலம் உருவாகும் கார்பன் மேட்ரிக்ஸ் நிரப்பியாகச் செயல்பட்டு, நுண்ணிய மட்டத்தில் ஒரு வலுவான மற்றும் கடினமான பிணைப்பை ஏற்படுத்துகிறது.

இந்தப் பொருளைப் பற்றிய மிகப் பழமையான பதிவு, 1958-ஆம் ஆண்டில் அமெரிக்க ஆய்வகம் ஒன்றில் இது தற்செயலாகக் கண்டுபிடிக்கப்பட்டதிலிருந்து தொடங்குகிறது. இரசாயன ஆவிப் படிவு (CVD) மற்றும் திரவ நிலை உட்புகுத்தல் போன்ற தொழில்நுட்ப முன்னேற்றங்கள் மூலம் இதன் உற்பத்திச் செயல்முறை பரிணாம வளர்ச்சி அடைந்து, நவீன உயர்-வெப்பநிலைப் பொருட்களின் ஒரு முக்கிய அங்கமாக இதை நிலைநிறுத்தியுள்ளது. அடிப்படையில், கார்பன் இழைகளை சீரமைத்து கார்பன் மேட்ரிக்ஸை அடர்த்தியாக்குவதன் மூலம், கார்பன்/கார்பன் கலவைகள் குறைந்த எடைப் பண்புகளையும் அதிக வலிமையையும் இணைத்து ஒரு தனித்துவமான கட்டமைப்பை அடைகின்றன; இது கடுமையான சூழல்களுக்குப் புதுமையான தீர்வுகளை வழங்குகிறது.

கார்பன்/கார்பன் கலவைகள் பல்வேறு பரிமாணங்களில் புரட்சிகரமான இயற்பியல் பண்புகளை வெளிப்படுத்துவதால், அவை கடுமையான சூழல்களில் ஈடு இணையற்றவையாக விளங்குகின்றன. முதலாவதாக, அவற்றின் அடர்த்தி 1.5 முதல் 2.0 g/cm³ வரை உள்ளது, இது நிக்கல் அடிப்படையிலான சூப்பர் அலாய்களின் அடர்த்தியில் கால் பங்கிற்கும் குறைவானதாகும். இருப்பினும், அவை தன்னிறைவு மற்றும் விறைப்புத்தன்மையில் குறிப்பிடத்தக்க மேம்பாடுகளை அடைகின்றன.

குறிப்பிடத்தக்க வகையில், அவற்றின் வெப்பச் செயல்திறனும் அதே அளவு சிறப்பானது: அவை 1,650°C-க்கு மேலான வெப்பநிலையிலும் கட்டமைப்பு ஒருமைப்பாட்டைத் தக்கவைத்துக்கொள்கின்றன; இதன் கோட்பாட்டு ரீதியான உச்ச வரம்பு 2,600-3,500°C ஆகும். இதனால், 3,000°C-க்கு மேற்பட்ட வெப்பநிலைகளில் செயல்படக்கூடிய ஒரே உயர்-வெப்பநிலை கட்டமைப்புப் பொருளாக இவை திகழ்கின்றன.

வெப்பத்தைப் பொறுத்தவரை, இந்தப் பொருள் குறைந்த வெப்ப விரிவாக்கக் குணகத்தையும் (<1×10⁻⁶/°C) மற்றும் சிறந்த வெப்ப அதிர்ச்சி எதிர்ப்பையும் வெளிப்படுத்துகிறது, இது விரைவான வெப்பமாக்கல் அல்லது குளிர்வித்தல் சுழற்சிகளின் கீழ் விரிசல் ஏற்படுவதைக் குறைக்கிறது. இயந்திரவியலைப் பொறுத்தவரை, அதன் வளைவு வலிமை வெப்பநிலையுடன் அதிகரித்து, 2,000°C வெப்பநிலையில் அறை வெப்பநிலை செயல்திறனை மிஞ்சுகிறது.

மேலும், இது உயர் வெப்பக் கடத்துத்திறன் (நார் திசையில் 200 W/m·K), சிறந்த உராய்வியல் பண்புகள் (உராய்வுக் குணகம் 0.2-0.4), மற்றும் விதிவிலக்கான பரிமாண நிலைத்தன்மை ஆகியவற்றைக் கொண்டுள்ளது. பண்புகளின் இந்தத் தனித்துவமான கலவையானது, அதீத வெப்பம், அதிக சுமைகள் மற்றும் கடுமையான அரிப்பு உள்ளிட்ட கடினமான சூழ்நிலைகளிலும் நிலையான செயல்திறனை உறுதிசெய்து, விண்வெளி, புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் மற்றும் பிற அதிநவீனத் துறைகளில் புரட்சிகரமான பயன்பாடுகளுக்கு அடித்தளமிடுகிறது.

அவற்றின் தனித்துவமான பண்புகள் காரணமாக,கார்பன்/கார்பன் கலவைகள்பல்வேறு தொழில்துறைகளில் பரவலான பயன்பாடுகளைக் கண்டறிந்துள்ளன.

விண்வெளி
விண்வெளித் துறையில், உயர் வெப்பநிலை பாகங்களுக்கு கார்பன்/கார்பன் கலவைகளே விரும்பப்படும் பொருளாகும். உதாரணமாக, ராக்கெட் முனைகள், விமான இயந்திரங்களில் உள்ள டர்பைன் பிளேடுகள் மற்றும் மீண்டும் வளிமண்டலத்திற்குள் நுழையும் வாகனங்களுக்கான வெப்பப் பாதுகாப்பு அமைப்புகள் ஆகிய அனைத்தும் இந்தப் பொருட்களைப் பயன்படுத்துகின்றன. அவற்றின் விதிவிலக்கான உயர் வெப்பநிலை எதிர்ப்புத்திறன் மற்றும் குறைந்த எடைப் பண்புகள், அவற்றை விண்வெளிக் கலங்கள் மற்றும் விமானங்களுக்கு மிகவும் உகந்ததாக ஆக்குகின்றன.

வாகனத் தொழில்
வாகனங்களில் எரிபொருள் சிக்கனம் மற்றும் சுற்றுச்சூழல் பாதுகாப்புக்கான தேவைகள் அதிகரித்து வருவதால், கார்பன்/கார்பன் கலவைகள் வாகனத் துறையில், குறிப்பாக பந்தயங்களில், நுழைந்துள்ளன. அவற்றின் அதிக வலிமை மற்றும் குறைந்த எடைப் பண்புகள் வாகனத்தின் எடையைத் திறம்படக் குறைத்து, முடுக்கம் மற்றும் கையாளுதலை மேம்படுத்துகின்றன. கார்பன்/கார்பன் பிரேக் டிஸ்க்குகள் உயர் ரக சூப்பர்கார்கள் மற்றும் பந்தய வாகனங்களிலும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

உலோகவியல் தொழில்
உலோகவியலில், கார்பன்/கார்பன் கலவைகள் முதன்மையாக உயர்-வெப்பநிலை உலை உபகரணங்கள் மற்றும் உருக்குதல் அமைப்புகளில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. அவற்றின் சிறந்த வெப்பம் மற்றும் அரிப்பு எதிர்ப்புத் திறன், கடுமையான சூழல்களிலும் நிலையான செயல்பாட்டைச் சாத்தியமாக்கி, சீரான உருக்குதல் செயல்முறைகளை உறுதி செய்கிறது.

மின்னணுவியல் மற்றும் ஆற்றல்
கார்பன்/கார்பன் கலவைகளின் மின் கடத்தும் பண்பு, மின்னணுவியலில் அவற்றுக்குப் பயன்பாடுகளை அளிக்கிறது. உதாரணமாக, சில உயர்-சக்தி மின்னணு பாகங்களில், இந்தப் பொருட்கள் திறமையான வெப்பச் சிதறலை எளிதாக்கி, அதன் மூலம் செயல்பாட்டு நிலைத்தன்மையையும் ஆயுட்காலத்தையும் மேம்படுத்துகின்றன.

மேலும், குறைக்கடத்தி வேஃபர் உற்பத்தி வெப்பப் புலங்கள், அணு உலை நியூட்ரான் மட்டுப்படுத்திகள் மற்றும் மருத்துவ செயற்கை எலும்புப் பொருத்துதல்கள் போன்ற சூழல்களில் இதன் பயன்பாடுகள் தொடர்ந்து விரிவடைந்து வருகின்றன. 2025-ஆம் ஆண்டிற்குள் உலகளாவிய சந்தையின் அளவு 17 பில்லியன் யுவானைத் தாண்டும் என்று கணிக்கப்பட்டுள்ளது.