Park, Yi-Hyun;Jung, Hun-Chae;Kim, Dong-Hyun;Yoon, Han-Ki;Kohyam, Akira
Proceedings of the KSME Conference
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2004.04a
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pp.204-209
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2004
SiC materials have been extensively studied for high temperature components in advanced energy system and advanced gas turbine. However, the brittle characteristics of SiC such as low fracture toughness and low strain-to fracture still impose a severe limitation on practical applications of SiC materials. For these reasons, $SiC_f/SiC$ composites can be considered as a promising for various structural materials, because of their good fracture toughness compared with monolithic SiC ceramics. But, high temperature and pressure lead to the degradation of the reinforcing fiber during the hot pressing. Therefore, reduction of sintering temperature and pressure is key requirements for the fabrication of $SiC_f/SiC$ composites by hot pressing method. In the present work, Monolithic LPS-SiC was fabricated by hot pressing method in Ar atmosphere at 1760 $^{\circ}C$, 1780 $^{\circ}C$, 1800 $^{\circ}C$ and 1820 $^{\circ}C$ under 20 MPa using $Al_2O_3-Y_2O_3$ system as sintering additives in order to low sintering temperature. The starting powder was high purity ${\beta}-SiC$ nano-powder with an average particle size of 30 nm. Monolithic LPS-SiC was evaluated in terms of sintering density, micro-structure, flexural strength, elastic modulus and so on. Sintered density, flexural strength and elastic modulus of fabricated LPS-SiC increased with increasing the sintering temperature. In the micro-structure of this specimen, it was found that grain of sintered body was grown from 30 nm to 200 nm.
Song, Jong Seob;Kim, Seyoung;Baik, Kyeong Ho;Woo, Sangkuk;Kim, Soo-hyun
Composites Research
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v.30
no.2
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pp.77-83
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2017
Liquid silicon infiltration, which is one of the methods of producing fiber reinforced ceramic composites, has several advantages such as low fabrication cost and good shape formability. In order to confirm LSI process feasibility of SiC fiber, $SiC_f/SiC$ composites were fabricated using three types of SiC fibers (Tyranno SA, LoxM, Tyranno S) which have different crystallinity and oxygen content. Composites that were fabricated with LSI process were well densified by less than 2% of porosity, but showed an obvious difference in 3-point bending strength according to crystallinity and oxygen content. When composites in LSI process was exposed to a high temperature, crystallization and micro structural changes were occurred in amorphous SiOC phase in SiC fiber. Fiber shrinkage also observed during LSI process that caused from reaction in fiber and between fiber and matrix. These were confirmed with changes of process temperature by SEM, XRD and TEM analysis.
Ji, Young-Hwa;Han, In-Sub;Kim, Se-Young;Seo, Doo-Won;Hong, Ki-Seog;Woo, Sang-Kuk
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.45
no.9
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pp.561-566
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2008
Carbon fiber fabric-silicon carbide composites were fabricated by liquid silicon infiltration (LSI) process. The porous two-dimensional carbon fiber fabric performs were prepared by 13 plies of 2D-plain-weave fabric in a three laminating method, [0/90], [${\pm}45$], [$0/90/{\pm}45$] lay-up, respectively. Before laminating, a thin pyrolytic carbon (PyC) layer deposited on the surface of 2D-plain weave fabric sheets as interfacial layer with $C_3H_8$ and $N_2$ gas at $900^{\circ}C$. A densification of the preforms for $C_f-Si-SiC$ matrix composite was achieved according to the LSI process at $1650^{\circ}C$ for 30 min. in vacuum atmosphere. The bending strength of the each composite were measured and the microstructural consideration was performed by a FE-SEM.
Kim, Jin-Hoon;Jeong, Eui-Gyung;Kim, Se-Young;Lee, Young-Seak
Carbon letters
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v.12
no.2
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pp.116-119
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2011
C/SiC composites were prepared by boron nitride (BN)-assisted liquid silicon infiltration (LSI), and their anti-oxidation and mechanical properties were investigated. The microstructures, bulk densities, and porosities of the C/SiC composites demonstrated that the infiltration of liquid silicon into the composites improved them, because the layered-structure BN worked as a lubricant. Increasing the amount of BN improved the anti-oxidation of the prepared C/SiC composites. This synergistic effect was induced by the assistance of BN in the LSI. More thermally stable SiC was formed in the composite, and fewer pores were formed in the composite, which reduced inward oxygen diffusion. The mechanical strength of the composite increased up to the addition of 3% BN and decreased thereafter due to increased brittleness from the presence of more SiC in the composite. Based on the anti-oxidation and mechanical properties of the prepared composites, we concluded that improved anti-oxidation of C/SiC composites can be achieved through BN-assisted LSI, although there may be some degradation of the mechanical properties. The desired anti-oxidation and mechanical properties of the composite can be achieved by optimizing the BN-assisted LSI conditions.
Lee, Hyeon-Geun;Kim, Daejong;Jeong, Yeon Su;Park, Ji Yeon;Kim, Weon-Ju
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.53
no.1
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pp.87-92
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2016
Due to its stability at high temperature and its layered structure, $Ti_3SiC_2$ MAX phase was considered to the interphase of $SiC_f/SiC$ composite. In this study, $Ti_3SiC_2$ MAX phase powder was deposited on SiC fiber via the electrophoretic deposition (EPD) method. The Zeta potential of the $Ti_3SiC_2$ suspension with and without polyethyleneimine as a dispersant was measured to determine the conditions of the EPD experiments. Using a suspension with 0.03 wt.% ball milled $Ti_3SiC_2$ powder and 0.3 wt.% PEI, $Ti_3SiC_2$ MAX phase was successfully coated on SiC fiber with an EPD voltage of 10 V for 2 h. Most of the coated $Ti_3SiC_2$ powders are composed of spherical particles. Part of the $Ti_3SiC_2$ powders that are platelet shaped are oriented parallel to the SiC fiber surface. From these results we expect that $Ti_3SiC_2$ can be applied to the interphase of $SiC_f/SiC$ composites.
Chen, Ping;Qiu, Bowen;Li, Yuanming;Wu, Yingwei;Hui, Yongbo;Deng, Yangbin;Zhang, Kun
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.4
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pp.1236-1249
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2021
Although there are still controversial opinions and uncertainty on application of SiCf/SiC composite cladding as next-generation cladding material for its great oxidation resistance in high temperature steam environment and other outstanding advantages, it cannot deny that SiCf/SiC cladding is a potential accident tolerant fuel (ATF) cladding with high research priority and still in the engineering design stage for now. However, considering its disadvantages, such as low irradiated thermal conductivity, ductility that barely not exist, further evaluations of its in-pile behaviors are still necessary. Based on the self-developed code we recently updated, relevant thermohydraulic and mechanical models in FROBA-ATF were applied to simulate the cladding behaviors under normal and accident conditions in this paper. Even through steady-state performance analysis revealed that this kind of cladding material could greatly reduce the oxidation thickness, the thermal performance of UO2-SiC was poor due to its low inpile thermal conductivity and creep rate. Besides, the risk of failure exists when reactor power decreased. With geometry optimization and dopant addition in pellets, the steady-state performance of UO2-SiC was enhanced and the failure risk was reduced. The thermal and mechanical performance of the improved UO2-SiC was further evaluated under Loss of coolant accident (LOCA) and Reactivity Initiated Accident (RIA) conditions. Transient results showed that the optimized ATF had better thermal performance, lower cladding hoop stress, and could provide more coping time under accident conditions.
In order to elucidate the extrusion characteristics of $SiC_{p}$/6061 Al composite, defomation resistance, $K_{w}$ was determined using the empirical formula suggested by Watanabe et al, and also extrusion pressure was measured using the extrusion press with a capacity of 350 ton. The $K_{w}$ which are propotional to extrudability, was increased with increasing volume fraction of reinforcement, $SiC_{p}$, but decreased with increasing the particle size. The peaks of maximum extrusion pressure in curves of extrusion force vs ram stroke were changed sharply with decreasing the particle size. The elevated extrustion temperature resulted in the decreased $K_{w}$ and extrusion pressure, but caused the surface tearing of extrusion composite bars. The results showed that extrudability of the composite billets is depend on the extrusion conditions as well as the characteristics of reinforcement, $SiC_{p}$.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2012.05a
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pp.105.1-105.1
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2012
고온가압소결으로 제조된 SiCf/SiC 복합체는 부식과 침식에 강하고 우수한 열적 성질과 고온에서의 높은 기계적 강도를 유지하는 장점을 가진 복합체다. 복합체의 파괴인성은 섬유와 기지 사이에 존재하는 열분해탄소 (PyC) 계면층에 의해 큰 영향을 받는데, 고온가압소결중 첨가되는 소결조제 ($Y_2O_3$, MgO, $Al_2O_3$)와 반응하여 계면이 손상되어 복합체의 기계적 특성치가 낮아지는 결과를 보였다. 본 연구에서는 계면의 손상을 보호하고자 PyC 계면상 위에 SiC 층을 증착하였는데 계면층과 SiC 층의 증착은 화학기상 증착법(CVD)을, 기지채움 공정은 전기영동법(EPD)과 고온가압소결방법(Hot Pressing)을 이용하여 복합체를 제조하였다. Tyranno-SA 섬유에 소스가스인 메탄을 열분해 하여 200nm 두께로 PyC 계면상을 증착하고, 두께를 달리하여 보호층으로써의 SiC 층을 single 과 double layer로 증착하였다. SiC 나노분말과 소결 첨가제인 $Y_2O_3$, $Al_2O_3$, MgO를 첨가한 슬러리를 전기영동법(EPD)을 이용하여 섬유내부에 슬러리를 함침시켰고, 이러한 프리폼을 $1750^{\circ}C$/20MPa의 조건으로 고온 가압소결 하여 $SiC_f$/SiC 복합체를 제조하였다. 이렇게 single layer와 double layer로 제조된 $SiC_f$/SiC 복합체에 대해 밀도와 미세구조를 관찰하였고, 기계적 특성을 비교하여 보호층으로써의 SiC 증착효과를 고찰하고자 하였다.
Lee, Hyeon-Geun;Kim, Daejong;Park, Ji Yeon;Kim, Weon-Ju
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.51
no.5
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pp.435-441
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2014
Silicon carbide-based ceramics and their composites have been studied for application to fusion and advanced fission energy systems. For fission reactors, $SiC_f$/SiC composites can be applied to core structural materials. Multilayered SiC composite fuel cladding, owing to its superior high temperature strength and low hydrogen generation under severe accident conditions, is a candidate for the replacement of zirconium alloy cladding. The SiC composite cladding has to retain its mechanical properties and original structure under the inner pressure caused by fission products; as such it can be applied as a cladding in fission reactor. A hoop strength test using an expandable polyurethane plug was designed in order to evaluate the mechanical properties of the fuel cladding. In this paper, a hoop strength test of the multilayered SiC composite tube for nuclear fuel cladding was simulated using FEA. The stress caused by the plug was distributed nonuniformly because of the friction coefficient difference between the inner surface of the tube and the plug. Hoop stress and shear stress at the tube was evaluated and the relationship between the concentrated stress at the inner layer of the tube and the fracture behavior of the tube was investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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