Kim, Kyung-Mi;Hahn, Yoonsoo;Lee, Sung-Min;Choi, Kyoon;Lee, Jong-Heun
한국세라믹학회지
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제55권4호
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pp.392-399
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2018
$C_f/SiC$ composites were prepared via a process combining chemical vapor infiltration (CVI) and precursor infiltration pyrolysis (PIP), wherein silicon carbide matrices were infiltrated into 2.5D carbon preforms. The obtained composites exhibited porosities of 20 vol % and achieved strengths of 244 MPa in air at room temperature and 423 MPa at $1300^{\circ}C$ under an Ar atmosphere. Carbon fiber pull-out was rarely observed in the fractured surfaces, although intermediate layers of pyrolytic carbon of 150 nm thickness were deposited between the fiber and matrix. Fatigue fracture was observed after 1380 cycles under 45 MPa stress at $1000^{\circ}C$. The fractured samples were analyzed by transmission electron microscopy to observe the distributed phases.
Delhaes, P.;Trinquecoste, M.;Derre, A.;Rovillain, D.;David, P.
Carbon letters
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제4권4호
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pp.163-167
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2003
The "Film boiling" Chemical Vapor Infiltration (CVI) process is a rapid densification one developed in particular for the elaboration of carbon/carbon composite materials. In order to optimize this new thermal gradient process, we have carried out several studies, on one hand, about the nature of the complex chemical reactions in a confined medium, and on the other hand, relative to the role of heat and mass transfers inside the preform. We show in this study that the introduction of a permeable sheath around the preform leads to hybrid liquid/gas CVI process which presents the advantages of very high densification rates associated with a moderate input energy.
Nicalon-fiber-reinforced SiC composites were fabricated via polymer solution infiltration/chemical vapor infiltration (PSI/CVI) and CVI. Specifically, data were taken and compared for flexural strength, fracture toughness, and processing time. The two process resulted in comparable mechanical properties, and PSI/CVI process resulted in significantly reduced infiltration time.
SiC and its composites have been considered for use as nuclear fuel cladding materials of pressurized light water reactors. In this study, a $SiC_f$/SiC composite as a constituent layer of SiC triplex fuel cladding was fabricated using a chemical vapor infiltration (CVI) process in which tubular SiC fiber preforms were prepared using a filament winding method. To enhance the matrix density of the composite layer, winding patterns, deposition temperature, and gas input ratio were controlled. Fiber arrangement and porosity were the main parameters influencing densification behaviors. Final density of the composites decreased as the SiC fiber volume fraction increased. The CVI process was optimized to densify the tubular preforms with high fiber volume fraction at a high $H_2$/MTS ratio of 20 at $1000^{\circ}C$; in this process, surface canning of the composites was effectively retarded.
본 연구에서는 펄스-CVI (Chemical Vapor Infiltration)에 의해 탄화규소/탄소 복합재료를 제조하는 공정에 대한 수치모사가 행해졌다. 각 펄스가 가스 주입시간, 반응시간, 배출시간으로 구성될 때, 반응시간과 배출시간의 영향이 관찰되었다. 또한 반응가스 농도와 압력의 영향이 연구되었다. 탄소프리폼에의 탄화규소의 균일한 침착과 반응시간 단축을 위한 펄스-CVI공정의 이점이 확인되었다.
Two-dimensional carbon/carbon preforms made of PAN-based carbon yarn and phenolic resin were densified with pyrolysis of propane by pulse chemical vapor infiltration where repeated the cycle of gas introduction residence and evacuation. Maximim density increment was 14% when infiltration temperature and time were 100$0^{\circ}C$ and 21.25 hrs respectively. The distribution of deposits of pyrocarbon by this process has been occurred uniformly in the bottom middle and top of carbon/carbon composite preform Pulse CVI with residence is most effective in increasing density and shortening infiltration time among isothermal CVI and pulse CVI with and without residence.
In this study, a thermal-gradient chemical vapor infiltration (TG-CVI) process was numerically studied in order to enhance the deposition uniformity within the preform. The computational fluid dynamics technique was used to solve the governing equations for heat transfer and gas flow during the TG-CVI process for two- and three-dimensional (2-D and 3-D) models. The temperature profiles in the 2-D and 3-D models showed good agreement with each other and with the experimental results. The densification process was investigated in a 2-D axisymmetric model. Computation results showed the distribution of the SiC deposition rate within the preform. The results also showed that using two-zone heater gave better deposition uniformity.
본 연구에서는 탄화수소를 이용한 탄소/탄소 복합재의 화학기상침투 공정에 대해 프리폼의 밀도 변화, 공극률 변화와 다단계 화학반응을 고려한 수치해석 모델을 개발하였다. 프리폼을 다공성 매질로 가정하여 공극률에 따른 확산 및 유동 특성의 변화를 도입하였다. 검증을 위하여 프리폼 내부 유동이 0으로 제약된 경우와 유동해석을 통해 계산된 경우에 대해 수치해석을 수행하였으며, 해석 결과가 문헌의 실험치와 일치하는 것을 보였다.
SiC composite materials are usually used to very high temperature condition such as thermal protection system materials at space vehicles, combustion chambers or engine nozzles because they have high specific strength and good thermal properties at high temperature. One of the most widely used fabrication methods of SiC composites is the chemical vapor infiltration (CVI) process. During the process, chemical gases including Si are introduced into porous preform which is made by carbon fibers for infiltration. Since the processes take a very long time, it is important to reduce the process time in designing the reactors and processes. In this study, both the gas flow and heat transfer in the reactors during the processes are analyzed using a computational fluid dynamics method in order to design reactors and processes for uniform, high quality SiC composites. Effects of flow rate and heater temperature as process parameters to the infiltration process were examined.
프로판($C_3H_8$)을 반응가스로 사용하여 등온 저압화학기상침투법(low-pressure chemical vapor infiltration)으로 탄소/탄소 복합재료를 치밀화 할 때 반응온도, 반응가스농도, 가스유량, 반응압력 등의 제조공정변수들이 치밀화에 미치는 영향을 알아보기 위하여 실험계획법(Rdbust design method)에 의한 실험을 행하였다. 1회의 등온 저압화학기상침투 실험으로 탄소/탄소 복합재료의 부피 밀도와 표면과 내부의 부피 밀도의 차이를 특성치(characteristic value)로 한 실험계획법의 분산분석(analysis of variance)에 의하면 반응온도, 반응가스농도, 가스유량 등의 제고공정변수가 치밀화에 기여도가 높으며, 반응압력의 기여도와 제조공정변수들의 교호작용(interaction)에 의한 기여도는 낮은 것으로 나타났다. 반응온도가 $1100^{\circ}C$, 반응가스농도가 100% $C_3H_8$, 가스유량이 100 SCCM, 반응압력이 5torr인 조건에서 탄소/탄소 복합재료는 가장 높은 부피 밀도값을 나타내었으나 시편의 표면과 내부의 부피 밀도 차이값은 컸다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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