この魔法の素材は飛行機をより安全に着陸させることができます!

飛行機は非常に複雑な輸送手段です。大きくて重いだけでなく、飛ぶ速度も非常に速いです。安全に着陸させるためには、航空機内の多くの部品が密接に連携する必要があり、最も重要な部品の 1 つがブレーキパッドです。

飛行機が着陸するときは、限られた長さの滑走路上で速度をゼロに減速する必要があります。このとき、ブレーキパッドは大きな摩擦を受けており、摩擦によって約1000℃の高温が発生します。雨、雪、ほこりなどの気象条件に遭遇した場合、直面する「試練」はさらに大きなものとなるでしょう。

現時点では、カーボン/カーボン複合材料が間違いなく最良の選択です。

この名前は少し奇妙だと思うかもしれません。「炭素」にはなぜ2つの文字があるのですか?間違って書いてあるんですか？

それは正しい。最初の「カーボン」は炭素繊維を指し、2 番目の「カーボン」は炭素マトリックスを指します。彼らは「チーム」として組み合わされ、それぞれの強みを生かすだけでなく、1+1>2 という魔法の効果を生み出します。

炭素/炭素複合材を鉄筋コンクリートに例えると、炭素繊維は鉄筋に相当し、炭素マトリックスは炭素繊維を結合して保護するコンクリートに相当します。

カーボン/カーボン複合材料は、軽量で高温に強いだけでなく、耐摩耗性、高強度、長寿命などの独自の能力も備えています。同じ重量の他の素材と比較して、耐荷重性も優れています。そのため、航空宇宙などの分野でよく使われています。国産大型航空機C919のブレーキパッドに採用されています。

航空機のブレーキパッドだけでなく、有人宇宙船、ロケット、ミサイルなどの航空機、特に将来の高速航空機には、カーボン/カーボン複合材料が不可欠です。

航空機が大気圏を飛行すると、大気との摩擦が生じ、航空機の表面温度が上昇します。大気圏を非常に高速で飛行すると、外面と大気圏の間の摩擦がさらに激しくなり、2000度を超える高温が発生します。このような温度では、通常の物質はすぐに溶けたり、蒸発したりして、航空機が崩壊する原因になります。

現在、この問題を解決するには炭素/炭素複合材料が不可欠な選択肢となっています。超高温下でも溶けないだけでなく、その独自の優れた「能力」を維持し続けるからです。言っておきますが、私たちの有人宇宙船「神舟」シリーズはこれを採用しています。

知っていましたか？炭素/炭素複合材料は非常に強力ですが、我が国ではその研究開発はかつて空白状態でした。

1980年代、我が国は航空機を海外からしか輸入できませんでした。航空機のブレーキパッドは摩耗しやすいため、定期的に交換する必要があります。しかし、当時はブレーキパッドの製造はもちろん、カーボン/カーボン複合材を準備する技術もなかったため、海外から高額で購入せざるを得ませんでした。

炭素/炭素複合材料は、独特で優れた特性を持つため、各種ロケット、ミサイル等に欠かせないものとなり、諸外国では輸出が制限されています。その結果、今回購入したブレーキパッドは次回も保証されず、いつでも「供給停止」のリスクに直面するだけでなく、材料の準備技術も厳しくブロックされています。当時、中国はこの分野では他国に支配されていました。

この状況を憂慮した科学者の黄伯雲氏は、中国の特徴を備えたカーボン/カーボンブレーキ材料を開発することを決意した。そこで彼はチームを率いて数十年にわたる研究に乗り出した。

最初は参考にできる情報がなかったので、石を手探りで川を渡り続けるしかありませんでした。各実験サイクルは数か月続きます。この間、彼らは数十日ごとに炉の扉を開け、サンプルを取り出し、さまざまな指標をテストし、処理後にそれらを炉に戻し、結果を心配しながら待っていました。

彼らが住む湖南省長沙市の夏は気温が40度近くになることが多く、まさに「炉の街」となっている。実験に使う炉の内部温度は1000度以上になり、実験室内の温度は50度以上になることも少なくありません。黄伯雲氏とそのチームは、灼熱の中で研究を続けた。暑さに耐えられなくなった彼らは、「涼む」ために外に出ました。

しかし、最初の数年間は、自分たちでも理解できない黒い炭素の塊が山積みになっただけで、何度も実験を繰り返すことしかできませんでした...

実験の重要な瞬間に、黄伯雲は病気になり、手術が必要になった。彼は手術を終えたばかりで休む暇もなかったため、すぐに研究室に急いで戻った。

こうした努力の甲斐あって、2000 年 9 月に、彼らは良品と思われるサンプルを作り上げました。そこで、私は大きな期待を抱きながら模擬ブレーキテストを実施しましたが、結果は失敗に終わりました。 12年が経ち、考えられるあらゆる戦術が使われ、誰もが非常にイライラしていました。

黄伯雲さんは、あの頃が「最も暗く、最も苦しい日々」だったと語った。しかし彼は諦めることができなかった。彼は落ち着いてチームを率いて困難な研究作業に戻らなければなりませんでした。

彼は皆にこう言いました。「科学研究は失敗なしには成り立ちません。失敗は恐ろしいことではありません。重要なのは、簡単に諦めないことです。症状を見つけ、適切な薬を処方しなければなりません。たとえ命を犠牲にしても、このプロジェクトをうまくやり遂げなければなりません！」

皆様のご尽力により、効率が良く低コストな高性能航空ブレーキ材料、カーボン/カーボン複合材料がついに誕生し、首を絞めていた「足かせ」がついに外れました！

20年にわたる数え切れないほどの実験を経て、世界の材料分野におけるこの「難題」に、黄伯雲氏のチームによってついに「中国」の文字が印刷されました。その結果、「2005年中国を動かした人物」の一人に選ばれました！

現在も、黄博雲氏のチームは新たな突破口を探し続けています。彼らは、動作温度が摂氏3000度を超える、さらに魔法のようなアップグレード版の炭素/炭素複合材料を開発しました。

人生は続いていきますが、科学研究は決して止まりません!神秘的な炭素/炭素の世界があなたの探検を待っています。さらに多くの魔法の素材があなたの創造と発明を待っています。

これからも頑張ってください！

出典：重慶市産学研協力推進協会

著者：潘福生、中国工程院院士、重慶大学教授、重慶科学技術協会会長