Structural changes of high modulus carbon fiber by oxidation in carbon dioxide gas using SEM, TEM, and XRD have been observed. It was shown that the originally high modulus carbon fiber is composed of highly ordered graphitic crystalline area and non-crystalline area. It was observed that the La increases during the whole oxidation process. It was shown that the oxidation of high modulus carbon fiber initiates at the non-crystalline area and at the ends of fiber. The large pores developed in fiber by direction of fiber length at high temperature ($1,100^{\circ}C$), and the small pores developed on the fiber surface at low temperature ($900^{\circ}C$). In conclusion, it is found that the oxidation of the carbon fiber was progressed through the imperfection.
This paper describes the mechanical properties and oxidation resistance of carbon fibers with and without additions of boron oxide additives, and describes the changes in the properties resulting from increased heat treatment temperature (HTT) of the fibers. Carbon fibers in this experiment were heat treated up to $2800^{\circ}C$ each with and without boron oxide treated on the surface of fibers. In the case of boron oxide added carbon fibers, they do not show the improvement of tensile strength and modulus compared to those of no treated carbon fibers below $2200^{\circ}C$ since they are doped substitutionally with boron above $2600^{\circ}C$, which accelerate the graphitization of carbon fibers. Boron oxide implanted carbon fibers showed high resistance to oxidation, however, when carbon fibers were heat treated below $2200^{\circ}C$, they showed almost the same trend of air oxidation.
Kim, Dong-Kyu;An, Kay-Hyeok;Bang, Yun Hyuk;Kwac, Lee-Ku;Oh, Sang-Yub;Kim, Byung-Joo
Carbon letters
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v.19
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pp.32-39
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2016
In this work, we studied the effects of electrochemical oxidation treatments of carbon fibers (CFs) on interfacial adhesion between CF and epoxy resin with various current densities. The surface morphologies and properties of the CFs before and after electrochemical-oxidation-treatment were characterized using field emission scanning electron microscopy, atomic force microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and single-fiber contact angle. The mechanical interfacial shear strength of the CFs/epoxy matrix composites was investigated by using a micro-bond method. From the results, electrochemical oxidation treatment introduced oxygen functional groups and increased roughness on the fiber surface. The mechanical interfacial adhesion strength also showed higher values than that of an untreated CF-reinforced composite.
Understanding the mechanism of carbon oxidation is important for the successful modeling of diesel particulate filter regeneration. Carbon oxidation characteristics were investigated by temperature programmed oxidation(TPO) method as well as constant temperature oxidation(CTO) with a flow reactor including porous bed. The activation energy of carbon oxidation was increasing with temperature and had two different constant values in the early and the later stage of the oxidation process respectively in TPO experiment. Kinetic constants were derived and the reaction mechanisms were assumed from the experimental results and a simple reaction scheme was proposed, which approximately predicted the overall oxidation process in TPO as well as CTO.
Hot-rolled steel plates of SPHC and SS400 were oxidized at 600, 750 and $900^{\circ}C$ for 2 hr in air. With an increase in the oxidation temperature, their oxidation rates increased, and this was accompanied by the formation of pores and cracks in the thickened oxide scales, which were non-adherent. SPHC steels manufactured by either an arc furnace or a blast furnace displayed similar oxidation rates, indicating that their oxidation rates were insensitive to the manufacturing process. Medium-carbon SS400 steel displayed somewhat faster oxidation rates than low-carbon SS400 steel, indicating that the carbon content did not significantly influence the oxidation rates.
In this study, densified 4D carbon/carbon composites were made from carbon fiber and coal tar pitch through the process of pressure impregnation and carbonization and then followed by carbonization and graphitization. To improve the oxidative resistance of the prepared carbon/carbon composites, the surface of carbon/carbon composites was coated on SiC by the pack cementation method. The SiC coated layer was created by depending on the constitution of pack powder, and reaction time of pack-cementation. The morpology of crystalline and texture of these SiC coated carbon/carbon composites were investigated by XRD, SEM/EDS observation. So the coating mechanism of pack-cementation process was proposed. The oxidative res istance were observed through the air oxidation test, and then the optimal condition of pack cementation was found by them. Besides, the oxidative mechanism of SiC formed was proposed through the observation of SiC coated surface, which was undergone by oxidation test.
Anti-oxidation coatings are the key technique for carbon/carbon (C/C) composites used as the thermal structural materials. The microstructure and oxidation behavior of several kinds of high-performance ceramic coatings for C/C composites prepared in Northwestern Polytechnical University were introduced in this paper. It showed that the ceramic coatings such as SiC, Si-$MoSi_2$, SiC-$MoSi_2$, $Al_2O_3$-mullite-SiC and SiC/yttrium silicate/glass coatings possessed excellent oxidation resistance at high temperatures, and some of these coatings were characterized with excellent thermal shock resistance. The SiC-$MoSi_2$ coating system has the best oxidation protective property, which can effectively protect C/C composites from oxidation up to 1973 K. In addition, the protection and failure reasons of some coatings at high temperature were also provided.
Graphite has hexagonal closed packing structure with two bonding characteristics of van der Waals bonding between the carbon layers at c axis, and covalent bonding in the carbon layer at a and b axis. Graphite has high tolerant to the extreme conditions of high temperature and neutron irradiations rather than any other materials of metals and ceramics. However, carbon elements easily react with oxygen at as low as 400C. Considering the increasing production of today of hydrogen and electricity with a nuclear reactor, study of oxidation characteristics of graphite is very important, and essential for the life evaluation and design of the nuclear reactor. Since the oxidation behaviors of graphite are dependent on the shapes of testing specimen, critical care is required for evaluation of nuclear reactor graphite materials. In this work, oxidation rate and amounts of the isotropic graphite (IG-110, Toyo Carbon), currently being used for the Koran nuclear reactor, are investigated at various temperature. Oxidation process or principle of graphite was figured out by measuring the oxidation rate, and relation between oxidation rate and sample shape are understood. In the oxidation process, shape effect of volume, surface area, and surface to volume ratio are investigated at $600^{\circ}C$, based on the sample of ASTM C 1179-91.
Dependence of graphitic structure on oxidation of carbon materials was discussed using furan resin-derived carbon with inorganic compounds such as SiC and TiO2 Oxidation of carbon was governed by active site. I. e surface area regardless of the degree of graphitization. When oxidation was considered for not unit weight but unit area graphitization was important factor for oxidation so that the degree of graphitization increased the oxidation rate was delayed. Graphite (tiO2 addition) and turbostratic graphite(SiC addition) were oxidized through the same mechanism. In carbon materials with different structure components more than 2 oxidation of each component was different and amorphous component without the influence of additives on the surface was selectively oxidized in the intial oxidation stage.
Phenolic resin used as a precursor of carbonized matrix for carbon-carbon composites was modified by addition of molybdenum disilicide (MoSi$_2$) in various concentrations of 0, 4, 12 and 20% by weight to improve the anti-oxidation properties of the composites. The green body was manufactured by a prepreg method and was submitted to carbonization up to 110$0^{\circ}C$. In this work, the oxidation behavior of carbon-carbon composites with MoSi$_2$ as an oxidation inhibitor was investigated at the temperature range of 600-100$0^{\circ}C$ in an air environment. The carbon-carbon composites with MoSi$_2$ showed a significantly improved oxidation resistance due to both the reduction of the porosity formation and the formation of mobile diffusion barrier for oxygen when compared to those without MoSi$_2$. Carbon active sites should be blocked, decreasing the oxidation rate of carbon. This is probably due to the effect of the inherent MoSi$_2$ properties, resulted from a formation of the protective layer against oxygen attack in the composites studied.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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