Abstract
In a solid propulsion system, the rocket nozzle is exposed to high temperature combustion gas. Hence, choosing an appropriate material that could demonstrate adequate performance at high temperature is important. As advanced materials, carbon/silicon carbide composites (C/SiC) have been studied with the aim of using them for the rocket nozzle throat. However, when compared with typical structural materials, C/SiC composites are relatively weak in terms of both strength and toughness, owing to their quasi-brittle behavior and oxidation at high temperatures. Therefore, it is important to evaluate the thermal and mechanical properties of this material before using it in this application. This study presents an experimental method to investigate the fracture behavior of C/SiC composite material manufactured using liquid silicon infiltration (LSI) method at elevated temperatures. In particular, the effects of major parameters, such as temperature, loading, oxidation conditions, and fiber direction on strength and fracture characteristics were investigated. Fractography analysis of the fractured specimens was performed using an SEM.
고체 추진 기관에서 로켓 노즐은 고온 연소가스에 노출된다. 따라서 고온에서 기능을 발휘할 수 있는 적절한 재료의 선택이 중요하다. 탄소 섬유 강화 실리콘 카바이드 복합재(C/SiC)가 로켓 노즉목에 적용을 위해 연구되어 왔다. 그러나 전형적인 구조 재료들과 비교할 때 C/SiC 복합재는 준취성 거동을 가지고 고온에서 산화의 영향으로 인해 강도와 인성 관점에서 상대적으로 취약한 점이 있다. 그러므로 실제 적용을 위해 C/SiC 복합재의 열, 기계적인 특성을 평가하는 것은 중요하다. 본 논문에서는 액화 실리콘 용침(LSI) 공정을 통해 만들어진 C/SiC 복합재의 고온에서의 파괴 거동을 조사하는 실험적인 방법을 설명한다. 특히 온도와 하중, 산화 조건 그리고 탄소 섬유의 방향을 주요 변수로 설정하여 파괴 특성을 조사하였다. 파단면 분석은 SEM 촬영을 통하여 수행하였다.
