Carbon Fiber Reinforced Plastic(CFRP) composite with a higher specific strength and rigidity is more excellent than conventional metallic materials or other organic polymer of FRP. It has been widely used in vehicles, aerospaces and high technology industries which are associated with nuclear power fields. However, CFRP laminated composite has several disadvantages as like a delamination, matrix brittleness and anisotropic fibers that are the weak points of the crack initiation. In this present work, the reinforced silicon carbide(SiC) particles were added to the interlayer of CFRP laminates in order to mitigate the physical vulnerability affecting the cracking and breaking of the matrix in the CFRP laminated composite because of excellent specific strength and thermal shock resistance characteristics of SiC. The 1wt% of SiC particles were spread into the CFRP prepreg by using a spray coating method. After that, CFRP prepregs were laminated for the specimen. Also, the twill woven type CFRP prepreg was used because it has excellent workability. Thus the mechanical and fracture behaviors of the twill woven CFRP laminated composite reinforced with SiC particles were investigated with the acoustic emission(AE) method under a fracture test. The results show that the SiC particles enhance the mechanical and fracture characteristics of the twill CFRP laminate composite.
Carbon fiber reinforced SiC composites (C/SiC) have high-temperature stability and excellent thermal shock resistance, and are currently being applied in extreme environments, for example, as aerospace propulsion parts or in high-performance brake systems. However, their low thermal conductivity, compared to metallic materials, are an obstacle to energy efficiency improvements via utilization of regenerative cooling systems. In order to solve this problem, the present study investigated the bonding strength between carbon fiber and matrix material within ceramic matrix composite (CMC) materials, demonstrating the relation between the microstructure and bonding, and showing that the mechanical properties and thermal conductivity may be improved by treatment of the carbon fibers. When fiber surface was treated with a nitric acid solution, the observed segment crack areas within the subsequently generated CMC increased from 6 to 10%; moreover, it was possible to enhance the thermal conductivity from 10.5 to 14 W/m·K, via the same approach. However, fiber surface treatment tends to cause mechanical damage of the final composite material by fiber etching.
SiC 나노입자는 고분자 수지의 굴곡특성을 강화하기 위해 사용된다. 본 연구는 대용량 SiC 나노입자가 함유된 에폭시 수지를 제조하고 분산도를 평가한 것에 관한 내용이다. SiC 나노입자를 혼합하는 과정에 교반기와 초음파 분쇄기를 동시에 사용하여 20 wt%의 SiC 나노입자 강화 에폭시 복합재료를 제조하였다. 교반기와 분쇄기를 동시에 이용하는 방법으로 분산속도와 분산도가 개선됨을 기계적 물성 평가와 FE-SEM 결과로 확인하였다. 이러한 결과로 SiC 나노입자의 분산 모델을 구축하였다. 궁극적으로, 탄소섬유(UD 타입)와 20 wt% SiC 나노입자 강화 에폭시 수지를 사용하여 복합재료를 제조하였다. 교반기와 분쇄기를 동시에 사용했을 경우 초음파 분쇄기만 이용했을 경우에 비해 우수한 복합재료의 물성을 나타내었다.
FEMAXI-ATF is being developed for fuel performance modeling of SiC cladded UO2 fuel with focuses on modeling pellet-cladding mechanical interactions (PCMI). The code considers probability distributions of mechanical strengths of monolithic SiC (mSiC) and SiC fiber reinforced SiC matrix composite (SiC/SiC), while it models pseudo-ductility of SiC/SiC and propagation of cladding failures across the wall thickness direction in deterministic manner without explicitly modeling cracks based on finite element method in one-dimensional geometry. Some hypothetical BWR power ramp conditions were used to test sensitivities of different model parameters on the analyzed PCMI behavior. The results showed that propagation of the cladding failure could be modeled by appropriately reducing modulus of elasticities of the failed wall element, so that the mechanical load of the failed element could be re-distributed to other intact elements. The probability threshold for determination of the wall element failure did not have large influence on the predicted power at failure when the threshold was varied between 25 % and 75 %. The current study is still limited with respect to mechanistic modeling of SiC failure as it only models the propagation of the cladding wall element failure across the homogeneous continuum wall without considering generations and propagations of cracks.
The influence of cyclic loading history on the creep behavior of the 30 vol% hot-pressed $SiC_f/Si_3N_4copmposite was experimentally investigated at $1200^{\circ}C$. The duration of loading/unloading had great effects on the creep behaviors. The short term duration cyclic loading history test results showed significant reduction in the primary and steady-state creep rates. For example, 300sec loading/300sec unloading history resulted in 70% lower steady-state creep rate than that of the continuous loading. However the long term duration cyclic loading history test results showed little change in creep rates compared to those of the continuous one. The reason for the significant change in the short term duration cycles was estimated due to the change in the stress redistribution between the fiber and matrix during the creep recovery in the primary stage.
Kim, Weon-Ju;Kim, Daejong;Jung, Choong Hwan;Park, Ji Yeon;Snead, Lance L.
한국세라믹학회지
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제50권6호
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pp.378-383
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2013
Continuous fiber-reinforced ceramic matrix composites (CFCCs) have a complex distribution of porosity, consisting of interfiber micro pores and interbundle/interply macro pores. Owing to the complex geometry of the pores and fiber architecture, it is difficult to obtain representative microstructural features throughout the specimen volume with conventional, destructive ceramographic approaches. In this study, we introduce X-ray computed microtomography (X-ray ${\mu}CT$) to nondestructively analyze the microstructures of disk shaped and tubular $SiC_f$/SiC composites fabricated by the chemical vapor infiltration (CVI) method. The disk specimen made by stacking plain-woven SiC fabrics exhibited periodic, large fluctuation of porosity in the stacking direction but much less variation of porosity perpendicular to the fabric planes. The X-ray ${\mu}CT$ evaluation of the microstructure was also effectively utilized to improve the fabrication process of the triple-layered tubular SiC composite.
탄소섬유강화 SiC기지상 복합재는 우수한 산화저항성과 우수한 열충격저항성을 가진다. 그리고 이런 특성들은 탄소섬유강화복합재가 고온구조재로서 응용케하였다. 본 연구에서는 $C_f/SiC$ 복합재가 전구체 함침과 액상 함침이 동반된 열분해공정, Cyclohexene을 사용한 화학기상 경화공정을 통해 제조되었다. 최종 제조된 $C_f/SiC$ 복합재는 5회 함침을 통해 $0.43g/cm^3$ 밀도를 갖는 탄소섬유 프리폼에서 $1.76g/cm^3$의 밀도값을 나타내고 있다. 그리고 산화저항성 특성면에서 $C_f/SiC$ 복합재의 무게가 공기중 $1400^{\circ}C$에서 6시간 유지 후에 81%가 남았다. 결과적으로 Cyclohexene을 사용한 화학기상 경화공정은 효과적으로 높은 치밀화와 증가된 산화저항성을 보이고 있다.
The sintering behavior of monolithic SiC is examined using the binary sintering additive of $Al_2O_3$-rare earth oxide ($RE_2O_3$, where RE = Sc, Nd, Dy, Ho, or Yb). Through hot pressing at 20 MPa and $1750^{\circ}C$ for 1 h in an Ar atmosphere for 52 nm fine ${\beta}$-SiC powder added with 5 wt% sintering additive, a SiC density of > 97% is achieved, which indicates the effectiveness of $Al_2O_3-RE_2O_3$ system as a sintering of additive for SiC. Based on this result, 7 wt% of $Al_2O_3-Sc_2O_3$ is tested as an additive system for the fabrication of a continuous SiC fiber-reinforced SiC-matrix composite ($SiC_f$/SiC). Electrophoretic deposition combined with the application of ultrasonic pulses is used to efficiently infiltrate the matrix phase into the voids of $Tyranno^{TM}$-SA3 fabric. After hot pressing, a composite density of > 97% is obtained, along with a maximum flexural strength of 443 MPa.
The fabrication of continuous carbon fiber-reinforced carbon-silicon carbide matrix (Cf/C-SiC) cross-ply composites is highly attractive from a practical viewpoint due to their homogeneous microstructures and isotropic mechanical properties. However, the properties of Cf/C-SiC composites depend significantly on their processing conditions and temperatures, especially the pyrolysis conditions and temperatures. In this study, cross-ply Cf/C-SiC composites were fabricated using different pyrolysis protocols with phenolic resin via a liquid silicon infiltration. The effects of the pyrolysis conditions on the microstructures of the composites and their mechanical properties as well as on crack formations were evaluated at room temperature. Pyrolysis was performed at 600 ℃ for 1 h in a nitrogen atmosphere at different heating rates. The flexural strength varied from a minimum of 47 ± 3 MPa to a maximum of 62 ± 6 MPa (~ 35% increase) depending on the pyrolysis conditions.
Aluminum based metal matrix composites(MMCs) are well known for their high specific strength, stiffness and hardness. They are gaining further importance because of their high wear resistance. In this study, Al/Saffil-20%, Al/Saffil-5%/Al2O3(particle type)-15% and Al/Saffil-5%/SiC(particle type)-15% hybird MMCs' wear behavior were characterized by the pin-on-disk test under various normal load The superior wear resistance was exhibited at Al/Saffil-5%/SiC(particle type)-15% MMCs. And this MMCs' predominant wear mechanism is subsurface cracking in the low load wear regime. Others(Al/Saffil-20%, Al/Saffil-5%/Al2O3(particle type)-15%) showed the similar wear resistance with each other at the same test condition. In the low load & room temperature condition, the wear resistance was improved due to the high hardness of the ceramic reinforcements. As the test load increased, the wear properties were governed by the wear properties of matrix.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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