Herein, a novel preparation method of highly homogeneous carbon-silicon composite materials was presented. In contrast to conventional solvent evaporation method, a milled silicon-graphite or its oxidized material were directly reacted with petroleum-derived pitch precursor. After thermal reaction under high pressure, pitch-graphite-silicon composite was prepared. Carbon-graphite-silicon composite were prepared by an air-oxidization and following carbonization. From energy dispersive spectroscopy, it was observed that small Si particles were highly embedded within carbon, which was confirmed by disappearance of Si peaks in Raman spectra. Furthermore, X-ray diffraction and Raman spectra revealed that carbon crystallinity decreased when the strongly oxidized silicon-graphite was added, which was probably due to oxygen-induced cross-linking. From the anode application in lithium ion batteries, carbon-graphite-silicon composite anode displayed a high capacity ($565\;mAh\;g^{-1}$), a good initial efficiency (68%) and an good cyclability (88% retention at 50 cycles), which were attributed to the high dispersion of Si particles within cabon. In case of the strongly oxidized silicongraphite addtion, a decrease of reversible capacity was observed due to its low crystallinity.
In this paper, a feasible strategy for the recycling of nuclear graphite is reported, based on the formation mechanism and the removal of carbon-14 by micro-oxidation. We investigated whether ground micro-oxidation graphite could be used as a filler to make new recycled graphite and which graphite/pitch coke ratio will give the recycled graphite outstanding properties (e.g., apparent density, flexural strength, compressive strength, and tensile strength). According to the existing properties of nuclear graphite, the ratio of graphite to pitch coke should not exceed 3. The recycled reactor graphite has been proven superior in density, strength, and thermal conductivity. The micro-oxidation process enhances the strength of the recycled graphite because there are more pores and unsmooth surfaces on the oxidized graphite particles, which is beneficial for the access of the pitch binder and leads to efficient joint adhesion among the graphite particles.
The bipolar plate is a major component of the PEM fuel cell stack, which takes a large portion of stack cost. In this study, as alternative materials for bipolar plate of PEM fuel cells, graphite composites were fabricated by compression molding. Graphite particles mixed with epoxy resin were used as the main substance to provide electric conductivity. To achieve desired electric properties, specimens made with different mixing ratio, processing pressure and temperature were tested. To increase mechanical strength, one or two layer of woven carbon fabric were added to the original graphite and resin composite. Thus, the composite material is consisted of the three phases: graphite particles, epoxy resin, and carbon fabric. By increasing mixing ratio, fabricated pressure and process temperature, electric conductivity was improved. The results of tensile test showed that the tensile strength of two-phase graphite composite was about 5MPa, and that of three-phase composite was increased to 54MPa.
한국결정성장학회 1997년도 Proceedings of the 12th KACG Technical Meeting and the 4th Korea-Japan EMGS (Electronic Materials Growth Symposium)
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pp.45-48
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1997
ZrO$_2$ coated flake graphite powders were prepared by the controlled hydrolysis of zirconium oxichloride. The stirring process plays an important role in the coating process. There are two types of coated ZrO$_2$ particles: (a)primary particles with few nm size were obtained by the direct formation of the shell by precipitation of the surface of the graphite and (b) Secondary particles of ZrO$_2$ with ∼0.1$\mu\textrm{m}$ size were obtained by the independent formation of primary particles ZrO$_2$ and subsequent heterocoagulation at the graphites surface.
A process has been successfully used to manufacture 6061/Graphite composite material and the Graphite particles are distributed uniformly within the Al alloy matrix. The 6061 powders was mixed with natural Graphite particles in a ball milling blender and cold compacted specimens were extruded into rods 15mm in diameter at 450$^{\circ}C$. The results showed that tensile properties of the composites with Graphite content have been reduced. The emergence of fine microstructures appeared to be related to the graphite volume. Heat-treated composites were found to possess good mechanical properties as compared with those of non heated composites. A model was used that the tensile strength of the composites would be estimated from the theoretical calculation and experimental data.
The fuel cell is one of promising environment-friendly energy sources for the next generation. The bipolar plate is a major component of the PEM fuel cell stack, which takes a large portion of stack cost. In this study, as alternative materials for bipolar plate of PEM fuel cells, graphite composites were fabricated by compression molding. Graphite particles mixed with epoxy resin were used as the main substance to provide electric conductivity To achieve desired electrical properties, specimens made with different mixing ratio, processing pressure and temperature were tested. To increase mechanical strength, one or two layers of woven carbon fabric were added to the graphite and resin composite. Thus, the composite material was consisted of three phases: graphite particles, carbon fabric, and epoxy resin. By increasing mixing ratio of graphite, fabricated pressure and process temperature, the electric conductivity of the composite was improved. The results of tensile test showed that the tensile strength of the two-phase graphite composite was about 4MPa, and that of three-phase composite was increased to 57MPa. As surface properties, contact an91e and surface roughness were tested. Graphite composites showed contact angles higher than $90^{\circ}$, which mean low surface energy. The average surface roughness of the composite specimens was $0.96{\mu}m$.
복합재료 중 가장 많이 사용되는 탄소계 나노복합재의 성능 향상에 대한 연구가 수행되었다. 나노 사이즈의 탄소나노튜브(CNT)와 마이크로 사이즈의 그레파이트(Graphite) 입자를 일정한 형태로 배열하여 나노복합재를 제작하였다. 입자를 배열하기 위하여 전기장을 활용하였다. 일정한 방향 혹은 형태로 배열된 입자는 에폭시 기지 속에서 섬유강화 복합재 처럼 일정한 방향으로 강성의 향상을 나타낸다. 복합재의 구조적 강성이나 물리적 특성은 강화 입자의 배열상태에 따라 매우 달라지게 된다. 본 연구에서는 특히 탄소나노튜브와 그레파이트 강화입자의 전기장 배열에 의해서 만들어진 나노복합재의 강성 및 방사능 차폐특성을 규명하였다. 전기장에 의한 입자의 배열로 만들어진 탄소계 복합재는 구조적 성능뿐만 아니라 물리적인 방사능 차폐에서도 훌륭한 특성을 나타내었다.
The graphite intercalation compounds(GIC) were prepared by a dry process that led to the intercalation from the direct reaction of gaseous $SO_3$ with flake type graphite. The basal spacing of the GIC was increased from 8.3 ${\AA}$ to 12 in the gallery height. The ejection of interlayer $SO_3$ molecules by the heating for 1 minute at $950^{\circ}C$ resulted in an exfoliated graphite (EG) with surprisingly high expansion in the direction of c-axis. The expansion ratios of the exfoliated graphites were increased greatly between 220 times and 400 times compared to the original graphite particles, and the bulk density was range of 0.0053 to 0.01 $g/cm^3$, depending on reaction time. The pore size distribution of exfoliated graphite was in the range of $10-170{\mu}m$, which exhibites both mesoporosity and macroporosities. This result indicates that the direct reaction of graphite paricles with gaseous $SO_3$ can be proposed as an another route for the exfoliated graphite having excellent physical properties.
The bipolar plate is a major component of the PEM fuel cell stack, which takes a large portion of stack cost. In this study, as alternative materials fur bipolar plate of PEM fuel cells, graphite composites were fabricated by compression molding. Graphite particles mixed with epoxy resin were used as the main substance to provide electric conductivity. Flow channels were fabricated by compression molding, and design of experiments (DOE) was applied to the tests to evaluate moldability. Results showed that land width and channel depth were two significant factors for moldability, and channel width had little influence on the moldability.
A composite of rapidly solidified Al-6061 alloy powder with graphite particle reinforcements was prepared by ball milling and subsequent hot extrusion. The microstructure and mechanical properties of these composites were investigated as a function of milling time. With increasing milling time, the gas atomized initially and spherical powders became elongated with a maximum aspect ratio after milling for 30 h. Then, refinement and spheroidization were achieved by further milling to 70 h with a homogeneous and fine dispersion of graphite particles forming between the matrix alloy layers. The best compression and wear properties were obtained in the powder milled for 70 h, associated with the increased fine and homogeneous distribution of graphite particles in the aluminum alloy matrix.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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