La fibra di carbonio può formare materiali compositi con vari materiali come resine, plastica, ceramica, vetro e metalli. I compositi in fibra di carbonio sono caratterizzati da elevata resistenza, leggerezza, buona rigidità e buona resistenza alla fatica. Sono utilizzati principalmente come materiali strutturali-per la riduzione del peso e per la dissipazione del calore per ablazione.
Compositi a matrice di resina rinforzata con fibra di carbonio
I compositi a matrice di resina rinforzata con fibra di carbonio (CFRP) hanno una bassa densità, una resistenza specifica e un modulo specifico più elevati rispetto alla fibra di vetro. La loro resistenza specifica è 5-6 volte quella dell'acciaio ad alta resistenza e delle leghe di titanio, il doppio di quella della fibra di vetro, e il loro modulo specifico è 3-4 volte quello di questi materiali. Pertanto, il CFRP viene utilizzato come materiale strutturale principale nell'industria aerospaziale. Ad esempio, le porte del carico utile, gli alettoni, la coda verticale, le porte del carrello di atterraggio principale e i contenitori a pressione interni dello Space Shuttle utilizzano tutti CFRP, con una conseguente riduzione del peso fino a 2 tonnellate per lo Space Shuttle.
Compositi carbonio/carbonio
I compositi carbonio/carbonio (C/C) sono materiali compositi a base di carbonio-rinforzati con fibre di carbonio e relativi prodotti (feltro di carbonio, tessuto di carbonio, ecc.). La fibra di carbonio (C/C) è composta da un solo elemento -carbonio- e possiede i vantaggi esclusivi dei materiali in carbonio e grafite, come bassa densità ed eccellenti proprietà termiche, tra cui resistenza all'ablazione, resistenza allo shock termico, elevata conduttività termica e un basso coefficiente di espansione termica. Presenta anche l'elevata resistenza e l'alto modulo dei materiali compositi. Un'altra proprietà importante del C/C sono le sue eccellenti proprietà tribologiche. Il C/C ha anche una buona biocompatibilità con il corpo umano.
Compositi a matrice metallica rinforzati con fibra di carbonio
I compositi a matrice metallica rinforzati con fibra di carbonio (CFRM) possiedono una serie di proprietà eccellenti, tra cui elevata resistenza specifica, elevato modulo specifico, resistenza alle alte temperature, basso coefficiente di dilatazione termica, elevata conduttività termica e forte resistenza alla deformazione termica. L'alluminio rinforzato con fibra di carbonio non solo ha una resistenza maggiore rispetto alle leghe di alluminio, ma offre anche una temperatura di servizio significativamente più elevata, conservando circa il 90% della sua resistenza alla trazione anche a circa 500K. L'alluminio rinforzato con fibre- mostra un'eccellente resistenza alla fatica, mantenendo il 63%–84% della sua resistenza alla fatica anche dopo 10 cicli di fatica.
Compositi a matrice ceramica rinforzati con fibra di carbonio
La fatale debolezza della ceramica è la loro fragilità. Il rinforzo della ceramica con fibra di carbonio migliora efficacemente la tenacità, altera la morfologia della frattura e aumenta la tenacità. Le fibre impediscono inoltre la rapida propagazione delle crepe. I compositi a matrice ceramica-rinforzata con fibre presentano una maggiore resistenza, proprietà meccaniche e di shock termico migliorate e una resistenza alla frattura significativamente migliorata. Rispetto alla ceramica ordinaria, la loro resistenza alla flessione è aumentata di circa cinque volte e la resistenza alla frattura di centinaia di volte.
Compositi di gomma rinforzati con fibra di carbonio
Nelle stesse condizioni di flessione, i compositi di gomma rinforzati con fibra di carbonio mostrano una durata di servizio significativamente più lunga rispetto alla gomma normale. La conduttività termica della gomma è due ordini di grandezza inferiore a quella della fibra di carbonio. Quando la gomma è rinforzata con fibre, le fibre di carbonio formano una rete di trasferimento del calore all'interno del composito, consentendo la dissipazione del calore dovuto all'attrito e migliorando così le proprietà termiche, in particolare la resistenza alla fatica termica.
