This study employed the Eshelby's equivalent inclusion method incorporated with mean field theory to investigate the Internal stress of short fiber-reinforced metal matrix composites during static loading and the dynamic finite element analysis by using alternative unit cell model to investigate the impact behaviors during the impact loading. Using the 2124 Al-SiC system as an example, the general effects of parameters such as fiber's aspect ratio, content and modulus were examined.
High flexible lightweight composites containing tobermorite as a main mineral is produced using various amorphous silicates, lime, cement and fibers. Here, Mechanical properties of the composites were studied by observing microstructures of hydrates and fibers. Amorphous silicates having better hydraulicity retarded the crystallization of tobermorite due to better formation of C-S-H gel in water bath curing, but, difficult conversion from C-S-H gel to tobermorite in hydrothermal reaction. In the low molar ratio of CaO/SiO2 (0.67), faster crystalization was observed dued to more impurities such as Al2O3 alkali, resulting in improving mechanical properties due to small crystal size and many contact points. It was identified that a lot of calcium silicate hydates formed at surface of pulps increase bonding strength and the crack-resistance of matrix in the composites, but decrease hardness and compressive strength. The choice of amorpous silicates having better hydraulicity, low CaO/SiO2 adding each fibers bellow about 5% in the raw mixs and lower molding pressure should be needed at improve mechanical properties of composites.
The lubricant tribological characteristics of $Al_2O_3$ fiber and SiC particle hybrid metal matrix composites (MMCs) fabricated by squeeze casting method was investigated using a pin-on-disk wear tester. The wear tests of the MMCs were performed according to fiber/particle hybrid ratio in the planar-random (PR) and normal (N) orientations sliding against a counter steel disk at a fixed speed and $25\;kg_f$ loading under different sliding distances and temperatures. The test results showed that the wear behavior of MMCs varied with fiber orientation and hybrid ratio. At room temperature, the lubricant wear behavior of F20P0 unhybrid PR-MMCs was superior to that of N-MMCs while the hybrid composites exhibited the reverse lubricant wear behavior. It was also revealed that the wear resistance of PR-MMCs was superior to that of the N-MMCs due to the joint action of reinforcements and lubricant film between the friction surfaces at an elevated temperature of $100^{\circ}C$ for both fiber only and hybrid cases. In case of $150^{\circ}C$, although the trend of weight loss was similar to that of others, the wear resistance of PR-MMCs was better than that of N-MMCs for hybrid MMCs.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.16
no.4
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pp.225-233
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1997
This study is performed to establish a non-destructive evaluation method for metal matrix composite using ultrasonic technique. The specimen is made of SiC/AC8A metal matrix composite by squeeze-casting method. Three kinds or reinforced particles are prepared as 4.86, 8.09 and $11.44{\mu}m$ to investigate the effect of size on the mechanical and ultrasonic properties of metal matrix composite. In addition, four different volume fractions (14, 22.5, 27.5, 35%) of reinforced particles are prepared per each size to examine the effect of volume fraction on the ultrasonic properties. From this specimen, the availability and precision of measurement of Young's modulus are examined and the evaluation method for microstructure of metar matrix composite using the speed of sound and attenuation factor is also reviewed. The results show that the Young's modulus measured by ultrasonic method is as effective as that measured by mechanical method. It is also known that the size and volume fraction of reinforced fiber are precisely evaluated using the speed of sound and attenuation factor.
Composite specimens, which are composed MDF cement of HAC-PVA system were prepared by adding carbon fiber, hydrated silica and SiC powder, and we studied effect of additives on the flexural strength of the composites. All of additives is effective in the improvement of flexural strength of the composite specimens. The size of average pore diameter in the specimens which have high flexural strength property was small. Specimen mixed with hydrated silica was effective in the particle compact property. Flexural strength of carbon fiber reinforced MDF cement composites were improved because of crack deflection of carbon fiber in cementitious matrix.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.11
s.242
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pp.1480-1487
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2005
Metal matrix composites(MMCs) have been rapidly becoming one of the strongest candidates for structural materials fur many high temperature application. However, among the various high temperature environments in which metal matrix composites was applied, thermal shock is known to cause significant degradation in most MMC system. Due to the appreciable difference in coefficient of thermal expansion(CTE) between reinforcement and metal matrix, internal stresses are generated following temperature changes. Infernal stresses affect degradation of mechanical properties of MMC by causing microscopic damage in interface and matrix during thermal cycling. Therefore, the nondestructive evaluation on thermal shock damage behavior of SiC/A16061 composite has been carried out using ultrasonics. For this study, SiC fiber reinforced metal matrix composite specimens fabricated by a squeeze casting technique were thermally cycled in the temperature range 298$\~$673 K up to 1000cyc1es. Three point bending test was conducted to investigate the efffct of thermal shock damage on mechanical properties. The relationship between thermal shock damage behavior and the propagation characteristics of surface wave and SH-ultrasonic wave was discussed by considering the result of SEM observation of fracture surface.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2000.04a
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pp.31-37
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2000
Metal matrix composites(MMCs) are rapidly becoming one of the strongest candidates for structural materials for many high temperature application. Among the high temperature environment, thermal shock is known to cause significant degradation in most MMC system. Therefore, the nondestructive evaluation on thermal shock damage behavior of SiC/A16061 composite has been carried out using ultrasonic surface and SH-waves. For this study, Sic fiber reinforced metal matrix composite specimens fabricated by a squeeze casting technique were thermally cycled in the temperature range 25~$400^{\circ}C$ up to 1000 cycles. Three point bend test was conducted to investigate the effect of thermal shock damage on mechanical properties. The relationship between thermal shock damage behavior and the change of ultrasonic velocity and attenuation were discussed by considering SEM observation of fracture surface.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2004.05a
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pp.347-351
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2004
[ $Si_3N_4$ ] composites have been extensively studied for engineering ceramics, because it has excellent room and high temperature strength, wear resistance properties, good resistance to oxidation, and good thermal and chemical stability. In the present work, carbon short fiber reinforced $Si_3N_4$ ceramics were fabricated by hot press method in $N_2$ atmosphere at $1800^{\circ}C$ using $Al_2O_3\;and\;Y_2O_3$ as sintering additives. Content of carbon short fiber was $0\%,\;0.1\%\;and\;0.3\%$. The composites were evaluated in terms of density, flexural strength and elastic modulus through the 3-point bending test at room temperature. Also, The wear behavior was determined by the pin on disk wear tester using silicon nitride ball. Experimental density and flexural strength decreased with increasing content of carbon fiber. But specific modulus increased with increasing content of carbon fiber. In addition, friction coefficient and specific wear loss decreased with increasing content of carbon short fiber by reason of interfacial defects between matrix and fiber.
In this work, thermal decomposition mechanism based on kinetic parameters and thermal stability of carbon fiber-reinforced carbon matrix composites (C/C composites), have been studied under high temperature oxidative conditions with addition of tetra-ethylorthosilicate (TEOS) as an oxidation inhibitor. Thermogravimetric analysis (TGA) was executed to evaluate the thermal decomposition mechanism and thermal stability of C/C composites in the temperature range of 30 ~ $850^{\circ}C$. As a result, the kinetic parameters of the composites impregnated with TEOS, i.e., activation energy for thermal decomposition ($E_d$), order of reaction (n) , and pre-exponential factor (A) were evaluated as 136 kJ/mol, 0, and 2.3$\times$$10^9s^{-1}$, respectively. Especially, the IPDT and $E_d$ of C/C composites impregnated with TEOS were improved largely compared with the composites impregnated without TEOS, due to the formation of $SiO_2$ on composite surfaces, resulting in interrupting the oxygen attack to carbon active site in the composites.
Various polylactic acid (PLA) blends were reinforced with untreated or silane-treated micro-sized cellulose fiber (MCF), successfully prepared as 3D printing filaments and then printed using a fused filament fabrication (FFF) 3D printer. In this study, we focused on developing 3D-printed MCF/PLA composites through silane treatment of MCF and investigating the effect of silane treatment on the various properties of FFF 3D-printed composites. Fourier transform infrared spectra confirmed the increase in hydrophobic properties of silane-treated MCF by showing the new absorption peaks at 1,100 cm-1, 1,030 cm-1, and 815 cm-1 representing C-NH2, Si-O-Si, and Si-CH2 bonds, respectively. In scanning electron microscope images of silane-treated MCF filled PLA composites, the improved interfacial adhesion between MCF and PLA matrix was observed. The mechanical properties of the 3D-printed MCF/PLA composites with silane-treated MCF were improved compared to those of the 3D-printed MCF/PLA composites with untreated MCF. In particular, the highest tensile and flexural modulus values were observed for S-MCF10 (5,784.77 MPa) and S-MCF5 (2,441.67 MPa), respectively. The thermal stability of silane-treated MCF was enhanced by delaying the initial thermal decomposition temperature compared to untreated MCF. The thermal decomposition temperature difference at T95 was around 26℃. This study suggests that the effect of silane treatment on the 3D-printed MCF/PLA composites is effective and promising.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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