Włókno węglowe może tworzyć materiały kompozytowe z różnymi materiałami, takimi jak żywice, tworzywa sztuczne, ceramika, szkło i metale. Kompozyty z włókna węglowego charakteryzują się dużą wytrzymałością, lekkością, dobrą sztywnością i dobrą odpornością zmęczeniową. Stosowane są głównie jako materiały konstrukcyjne-redukujące masę i do ablacyjnego rozpraszania ciepła.
Kompozyty z żywicy wzmocnionej włóknem węglowym
Kompozyty z żywicą wzmocnioną włóknem węglowym (CFRP) mają niską gęstość, wyższą wytrzymałość właściwą i moduł właściwy niż włókno szklane. Ich wytrzymałość właściwa jest 5-6 razy większa niż w przypadku stali o wysokiej wytrzymałości i stopów tytanu, dwukrotnie większa niż w przypadku włókna szklanego, a ich moduł właściwy jest 3-4 razy większy niż w przypadku tych materiałów. Dlatego CFRP jest stosowany jako główny materiał konstrukcyjny w przemyśle lotniczym. Na przykład drzwi ładunkowe, lotki, ogon pionowy, drzwi podwozia głównego i wewnętrzne zbiorniki ciśnieniowe promu kosmicznego wykorzystują CFRP, co skutkuje zmniejszeniem masy promu kosmicznego aż do 2 ton.
Kompozyty węglowe/węglowe
Kompozyty węgiel/węgiel (C/C) to materiały kompozytowe-na bazie węgla wzmocnione włóknami węglowymi i ich produktami (filc węglowy, tkanina węglowa itp.). Włókno węglowe (C/C) składa się tylko z jednego pierwiastka-węgla- i posiada zalety charakterystyczne dla materiałów węglowych i grafitowych, takie jak niska gęstość i doskonałe właściwości termiczne, w tym odporność na ablację, odporność na szok termiczny, wysoką przewodność cieplną i niski współczynnik rozszerzalności cieplnej. Wykazuje także wysoką wytrzymałość i wysoki moduł materiałów kompozytowych. Kolejną ważną właściwością C/C są jego doskonałe właściwości tribologiczne. C/C charakteryzuje się także dobrą biozgodnością z organizmem człowieka.
Kompozyty z metalową osnową wzmocnioną włóknem węglowym
Kompozyty z metalową osnową wzmocnioną włóknami węglowymi (CFRM) posiadają szereg doskonałych właściwości, w tym wysoką wytrzymałość właściwą, wysoki moduł właściwy, odporność na wysoką temperaturę, niski współczynnik rozszerzalności cieplnej, wysoką przewodność cieplną i dużą odporność na odkształcenia termiczne. Aluminium wzmocnione włóknem węglowym ma nie tylko wyższą wytrzymałość niż stopy aluminium, ale także oferuje znacznie wyższą temperaturę pracy, zachowując około 90% swojej wytrzymałości na rozciąganie nawet w temperaturze około 500 K. Aluminium-wzmocnione włóknem wykazuje doskonałą wytrzymałość zmęczeniową, zachowując 63%–84% swojej wytrzymałości zmęczeniowej nawet po 10 cyklach zmęczeniowych.
Kompozyty z osnową ceramiczną wzmocnioną włóknem węglowym
Fatalną słabością ceramiki jest jej kruchość. Wzmacnianie ceramiki włóknem węglowym skutecznie poprawia wytrzymałość, zmienia morfologię pęknięć i zwiększa wytrzymałość. Włókna zapobiegają także szybkiemu rozprzestrzenianiu się pęknięć. Kompozyty z osnową ceramiczną-wzmacniane włóknem wykazują wyższą wytrzymałość, ulepszone właściwości mechaniczne i odporność na szok termiczny oraz znacznie zwiększoną odporność na pękanie. W porównaniu do zwykłej ceramiki ich wytrzymałość na zginanie jest zwiększona około pięciokrotnie, a odporność na pękanie setki razy.
Kompozyty gumowe wzmocnione włóknem węglowym
W tych samych warunkach zginania kompozyty gumowe wzmocnione włóknem węglowym wykazują znacznie dłuższą żywotność w porównaniu ze zwykłą gumą. Przewodność cieplna gumy jest o dwa rzędy wielkości niższa niż włókna węglowego. Kiedy guma jest wzmocniona włóknami, włókna węglowe tworzą w kompozycie sieć wymiany ciepła, umożliwiając rozproszenie ciepła tarcia, poprawiając w ten sposób właściwości termiczne, w szczególności odporność na zmęczenie cieplne.
