Lee, Kee Sung;Sihn, Ihn Cheol;Lim, Byung-Joo;Lim, Kwang Hyun
한국세라믹학회지
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제52권6호
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pp.429-434
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2015
This study investigates the macroscopic wear behaviors of C/C and C/C-SiC composites coated with hafnium carbide (HfC). To improve the wear resistance of C/C composites, low-pressure chemical vapor deposition (LPCVD) was used to obtain HfC coating. The CVD coatings were deposited at various deposition temperatures of 1300, 1400, and $1500^{\circ}C$. The effect of the substrate material (the C/C substrate, the C/C-CVR substrate, or the C/C-SiC substrate deposited by LSI) was also studied to improve the wear resistance. The experiment used the ball-on-disk method, with a tungsten carbide (WC) ball utilized as an indenter to evaluate the wear behavior. The HfC coatings were found to effectively improve the wear resistance of C/C and C/C-SiC composites, compared with the case of a non-coated C/C composite. The former showed lower friction coefficients and almost no wear loss during the wear test because of the presence of hard coatings. The wear scar width was relatively narrower for the C/C and C/C-SiC composites with hafnium coatings. Wear behavior was found to critically depend on the deposition temperature and the material. Thus, the HfC-coated C/C-SiC composites fabricated at deposition temperatures of $1500^{\circ}C$ showed the best wear resistance, a lower friction coefficient, and almost no loss during the wear test.
A pure hafnium-carbide (HfC) coating layer was deposited onto carbon/carbon (C.C) composites using a vacuum plasma spray system. By adopting a SiC buffer layer, we successfully integrated C.C composites with a $100-{\mu}m-thick$ protective coating layer of HfC. Compared to the conventional chemical vapor deposition process, the HfC coating process by VPS showed increased growth rate, thickness, and hardness. The growth behavior and morphology of HfC coatings were investigated by FE-SEM, EDX, and XRD. From these results, it was shown that the addition of a SiC intermediate layer provided optimal surface conditions during the VPS procedure to enhance adhesion between C.C and HfC (without delamination). The thermal ablation test results shows that the HfC coating layer perfectly protected inner C.C layer from thermal ablation and oxidation. Consequently, we expect that this ultra-high temperature ceramic coating method, and the subsequent microstructure that it creates, can be widely applied to improve the thermal shock and oxidation resistance of materials under ultra-high temperature environments.
본 논문에서는 C/C-SiC 복합재료의 하프늄 탄화물 코팅재에 대한 열적, 기계적 특성을 평가하였으며 특히 코팅에 의한 내산화성과 내마모성의 향상여부를 평가하였다. 하프늄 탄화물(HfC)을 용사시켜 코팅한 샘플들을 가공한 후, 공기 중에서 열적 특성평가 및 마모, 압입시험 평가에 대한 연구를 수행하였다. 공기 중에서 $1200^{\circ}C$의 온도까지 승온시킨 후 1시간 유지하는 싸이클을 10싸이클 진행하여 각 싸이클마다의 무게변화를 통해 탄소의 산화저항성을 평가하였고, 초경 구(tungsten carbide)를 사용하여 마모시험과 압입시험을 수행하여 그 결과를 비교하였다. 열피로 시험 수행 결과 하프늄 탄화물 코팅재가 상대적으로 무게감소가 적어 상대적으로 내산화성이 높은 것으로 평가되었다. 코팅된 하프늄 탄화물에 의해 탄성계수가 상대적으로 증가하였으며, 또한 C/C-SiC 복합재료는 하프늄 탄화물의 코팅에 의하여 내마모성이 향상되어 동일조건에서 마모량이 상대적으로 적었고 낮고 안정된 마찰계수가 유지되었다.
$HfB_2$-HfC composites were prepared by reactive hot pressing using Hf and $B_4C$ at temperatures of 1800 and $1900^{\circ}C$ for 60 min under 32 MPa in an Ar atmosphere. The reaction sequences of the $HfB_2$-HfC composite were studied through series of pressureless heat treatments ranging from 800 to $1600^{\circ}C$. The effect of size reduction of the starting powders on densification was investigated by vibration milling. Fully dense $HfB_2$-HfC composites were obtained by size reduction of the starting powders via vibration milling. The oxidation behaviour of the $HfB_2$-HfC composites at $1500^{\circ}C$ in air showed formation of a non-protective $HfO_2$ scale with linear mass gain. Examination of the mechanical properties showed that particle size reduction via vibration milling also led to improved flexural strength, hardness and fracture toughness.
Hyun-Kuk-Park;Ik-Hyun-Oh;Ju-Hun-Kim;Sung-Kil-Hong;Jeong-Han Lee
Archives of Metallurgy and Materials
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제66권4호
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pp.997-1000
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2021
In this study, a novel composite was fabricated by adding the Hafnium diboride (HfB2) to conventional WC-Co cemented carbides to enhance the high-temperature properties while retaining the intrinsic high hardness. Using spark plasma sintering, high density (up to 99.4%) WC-6Co-(1, 2.5, 4, and 5.5 wt. %) HfB2 composites were consolidated at 1300℃ (100℃/min) under 60 MPa pressure. The microstructural evolution, oxidation layer, and phase constitution of WC-Co-HfB2 were investigated in the distribution of WC grain and solid solution phases by X-ray diffraction and FE-SEM. The WC-Co-HfB2 composite exhibited improved mechanical properties (approximately 2,180.7 kg/mm2) than those of conventional WC-Co cemented carbides. The high strength of the fabricated composites was caused by the fine-grade HfB2 precipitate and the solid solution, which enabled the tailoring of mechanical properties.
Umer, Malik Adeel;Lee, Dong Ju;Ryu, Ho Jin;Hong, Soon Hyung
Composites Research
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제28권6호
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pp.366-371
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2015
In order to improve the mechanical properties of tungsten at room and elevated temperature, hafnium carbide (HfC) reinforced tungsten matrix composites were prepared using the spark plasma sintering technique. The effect of HfC content on the compressive strength and flexural strength of the tungsten composites was investigated. Mechanical properties of the composites were also measured at elevated temperatures and their trends, with varying reinforcement volume fraction, were studied. The effect of reinforcement fraction on the thermal properties of the composites was investigated. The thermal conductivity and diffusivity of the composites decreased with increasing temperature and reinforcement volume fraction. An inherently low thermal conductivity of the reinforcement as well as interfacial losses was responsible for lower values of thermal conductivity of the composites. Values of coefficient of thermal expansion of the composites were observed to increase with HfC volume fraction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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