Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.04a
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pp.102-105
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2005
The mechanical properties of $SiC_f/SiC$ composites reinforced with continuous SiC fiber have been investigated in conjunction with the detailed analysis of their microstructures. Especially, the effect of test temperature on the characterization of $SiC_f/SiC$ composites was examined. In this composite system, a braiding Hi-Nicalon SiC fibric was selected as a reinforcement. $SiC_f/SiC$ composites have been fabricated by the reaction sintering process, using the complex matrix slurry with a constant composition ratio of SiC and C particles. The characterization of $RS-SiC_f/SiC$ composites was investigated by means of SEM, EDS and three point bending test. Based on the mechanical property-microstructure correlation, the high temperature applicability of $RS-SiC_f/SiC$ composites was discussed.
In this study, $C_f/SiC$, $SiC_f/SiC$ and $C_f-SiC_f/SiC$ ceramic composites reinforcing carbon fiber, SiC fiber and hybrid fiber were fabricated by hybrid TGCVI and PIP process. After the thermal shock cycle, 3-point bending and Oxy-Acetylene torch test, their mechanical behavior, oxidation and erosion resistance were evaluated. The $C_f/SiC$ composite showed a decrease in mechanical property along with increasing temperature, a pseudo-ductile fracture mode and a large quantity of erosion. The $SiC_f/SiC$ composite exhibited stronger mechanical property and lower erosion rate compared to the $C_f/SiC$, but brittle fracture mode. On the other hand, hybrid type of $C_f-SiC_f/SiC$ composite gave the best mechanical property, more ductile failure mode than the $SiC_f/SiC$, and lower erosion rate than the $C_f/SiC$. During the Oxy-Acetylene torch test, the $SiO_2$ formed by reaction of the SiC matrix with oxygen prevented further oxidation or erosion of the fibers for $C_f-SiC_f/SiC$ and $SiC_f/SiC$ composites particularly. In conclusion, if a hybrid composite with low porosity is prepared, this material is expected to have high applicability as a high temperature thermo-structural composite under high temperature oxidation atmosphere by improving low mechanical property due to the oxidation of $C_f/SiC$ and brittle fracture mode of $SiC_f/SiC$ composite.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.32
no.11
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pp.1016-1021
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2008
The development of the first wall whose major function is to withstand high neutron and heat fluxes is a critical path to fusion power. The materials database and the fabrication technology are being developed for design, construction and safety operation of the fusion reactor. The first wall was designed to consist of the plasma facing armor, the heat sink layer and the supporting plates. and Porous materials are of significant interest due to their wide applications in catalysis, separation, lightweight structural materials. In this study, the characteristics of the sintering process of SiC ceramic, $SiC_f$/SiC composite and porous $C_f$/SiC composite have been introduced order to study of the fusion blanket materials and heat-exchange pannel.
The fabrication methods and requirements of the fiber, interphase, and matrix of nuclear grade $SiC_f/SiC$ composites are briefly reviewed. A CVI-processed $SiC_f/SiC$ composite with a PyC or $(PyC-SiC)_n$ interphase utilizing Hi-Nicalon Type S or Tyranno SA3 fiber is currently the best combination in terms of the irradiation performance. We also describe important material issues for the application of SiC composites to LWR fuel cladding. The kinetics of the SiC corrosion under LWR conditions needs to be clarified to confirm the possibility of a burn-up extension and the cost-benefit effect of the SiC composite cladding. In addition, the development of end-plug joining technology and fission products retention capability of the ceramic composite tube would be key challenges for the successful application of SiC composite cladding.
Continuous SiC fiber-reinforced SiC-matrix composites ($SiC_f$/SiC) had been fabricated by electrophoretic infiltration combined with ultrasonication. Nano-sized ${\beta}$-SiC added with 12 wt% of $Al_2O_3-Y_2O_3$ additive and Tyranno$^{TM}$-SA3 fabric were used as a matrix phase and fiber reinforcement, respectively. After hot pressing at 5 different conditions, the density, microstructure and mechanical properties of $SiC_f$/SiC were characterized. Hot pressing at relatively severe conditions, such as $1750^{\circ}C$ for 1 and 2 h, resulted in a brittle fracture behavior due to the strong fiber-matrix interface in spite of their high flexural strength. On the other hand, toughened $SiC_f$/SiC composite could be achieved by hot pressing at milder condition because of the formation of weak interface in spite of the decreased flexural strength. These results proposed the importance of weak fiber-matrix interface in the fabrication of ductile $SiC_f$/SiC composite.
Jung Hwan Song;Jung Hoon Kong;Seung Yong Lee;Young Il Son;Do Kyung Kim
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.26
no.6
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pp.21-27
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2022
Cf/SiC composites have low density, high mechanical strength, and good thermal stability, making them promising materials for high-temperature applications such as rocket propulsion and military fields. However, the remaining Si deteriorates physical and thermal properties. In this paper, the de-siliconization was introduced as a method to remove the Si of the Cf/SiC composite fabricated through Liquid Silicon Infiltration(LSI) process. The stability of composite has been tested under an oxyacetylene torch flame for up to 5 minutes. The oxidized surface and cross section of specimens were characterized by 3D scanning, X-ray diffraction(XRD), Optical microscope(OM) and Scanning electron microscope(SEM).
Carbon fiber-reinforced SiC matrix composites have good oxidation resistance and thermal shock resistance. These properties have allowed the composites to be applied to high-temperature structures. In this study, $C_f/SiC$ composites were fabricated via precursor infiltration and pyrolysis (PIP) process, including liquid phase infiltration and chemical vapor curing using cyclohexene. The final $C_f/SiC$ composites, which have gone through the PIP process five times, showed a density of $1.79g/cm^3$, as compared to a density of $0.43g/cm^3$ for pre-densified bare carbon fiber preform. As for the oxidation resistance characteristics, the weight of $C_f/SiC$ composite was maintained at 81% at $1400^{\circ}C$ in air for 6 hours. Chemical vapor curing (CVC) using cyclohexene has shown to be an effective method to achieve high densification, leading to increased oxidation resistance.
Kim, Daejong;Lee, Jongmin;Park, Ji Yeon;Kim, Weon-Ju
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.50
no.6
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pp.359-363
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2013
Silicon carbide and its composites are being considered as a nuclear fuel cladding material for LWR nuclear reactors because they have a low neutron absorption cross section, low hydrogen production under accident conditions, and high strength at high temperatures. The SiC composite cladding tube considered in this study consists of three layers, monolith CVD SiC - $SiC_f$/SiC composite -monolith CVD SiC. The volume fraction of SiC fiber and surface roughness of the composite layer affect mechanical and corrosion properties of the cladding tube. In this study, various types of SiC fiber preforms with tubular shapes were fabricated by a filament winding method using two types of Tyranno SA3 grade SiC fibers with 800 filaments/yarn and 1600 filaments/yarn. After chemical vapor infiltration of the SiC matrix, the surface roughness and fiber volume fraction were measured. As filament counts were changed from 800 to 1600, the surface roughness increased but the fiber volume fraction decreased. The $SiC_f$/SiC composite with a bamboo-like winding pattern has a smaller surface roughness and a higher fiber volume fraction than that with a zigzag winding pattern.
$SiC_f$/SiC composites with whiskers and pyrolytic carbon (PyC) coated whiskers in the matrix were fabricated for enhancement of the fracture behaviors by the whisker growing assisted chemical vapor infiltration (WA-CVI) process, respectively. $SiC_f$/SiC composites were also prepared by the conventional CVI process as reference material. The mechanical properties and fracture behaviors were analyzed by comparison of the two types of composites prepared by WA-CVI and conventional CVI. The densities of $SiC_f$/SiC composites were in the range of $2.6{\sim}2.65g/cm^3$. The flexural strengths of composite with whiskers and with those coated by PyC were 650 MPa and 600 MPa, respectively. The tensile strength of composites with whiskers was ${\sim}285$ MPa.
Manufactured $SiC_f/SiC$ composites by NITE method was investigated fracture characteristics according to the size of the surface crack. Coated surface crack with a $SiO_2$ colloid in several ways was evaluating the possibility of healing. The strength of CCS and UCS is 313 and 230MPa, respectively and it is about 1/3 of the SPS. Bending strength of $SiC_f/SiC$ composites has no effect with the pre-crack size to the critical crack size. $SiC_f/SiC$ composites can not generate large amount of $SiO_2$ oxides to the bottom of crack, and is only generated randomly on surfaces, and can not contribute to the recovery of bending strength.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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