SiC-based ceramic matrix composites show many advantages over their monolithic ceramic counterparts, which makes them potential candidates for applications in various fields. Depending strongly on the chemical composition and microstructure of the fiber reinforcement, matrix as well as the fiber/matrix interphase in the material, the properties of ceramic matrix composites(CMCs) are highly tailorable. In this paper, the latest progresses in the interphase design, matrix modification and fiber reinforcement decoration of CMCs are reviewed, their effects on the properties of the CMCs are introduced.
Dense composites of titanium matrix and Al2O3 matrix with reinforcements of carbon or titanium carbide fibers were successfully fabricated by high-pressure self-combustion sintering method or combustion reacton under 30 MPa of uniaxial pressure with an aid of external heating in vaccum. It was found that the fibers were uniformly distributed in the matrix, and aligned in a phase perpendicular to the pressure axis. As a moel ratio of Ti/C or reaction time increased, the density of Ti-matrix composite increased Micro pores around fibers could be removed by using clean carbon fibers without sizing agent on their surface. The evolution of carbide fibers from carbon fibers was observed. The composition of the various phases around fibers were analyzed.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.14
no.7
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pp.116-125
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1997
An investigation was performed to study the impact damage in CFRP laminated composites subjected to impact loading. A finite element model has been developed for predicting the impact damage in laminated composite plates resulting from the ballistic impact. The finite element model was based on the higher-order shear deformation theory and was used to predict the initial intraply matrix cracking and the shape and size of interface delamination in laminated composites. Numerical simulation was performed and then the initiation of the matrix cracking and the shape and size of impacted induced delamination were predicted, and te results were compared with those of impact experiments with the same dimension and stacking sequences. A linear relationship holds between impact velocity and length and width of delamination. As impact velocity is increased, the increase of delamination length is highger than the increase of delamination width.
In general, the development of thermoplastic composites has been confronted with difficult problems such as the weak bonding strength between fibers and matrix. However, now, such problems are being surmounted by the development of resins, the improvement of processes, and introduction of interphase. Especially, the introduction of interphase between fiber and matrix can help a dissipation of the impact energy and provide a good adhesion between fibers and matrix. In this study, polymeric interphase was introduced by electrodeposition, modified polypropylene was added to improve the weak bonding strength between interphase and polypropylene matrix. By evaluation of interlaminar shear strength and impact strength of the composites, it was found that composites with introduced composites showed higher mechanical properties than those of composites without interphase. Reactive polymers which have either anhydride or free acid functional group were used as interphase materials, and these polymers also behave as charge carrier in aqueous solution during the electrodeposition process. Weight gain on the carbon fibers was evaluated by changing process parameters such as concentration of solution, current density, and electrodeposition time.
Current Industrial and Technological Trends in Aerospace
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v.7
no.2
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pp.76-84
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2009
In this review an attempt is made to give the background to the current trends in foreign developments in the ceramic matrix composites for space vehicles. The lightweight and high temperature specific modulus properties of ceramic composites have continued to develop for designing advanced propulsion structures and for increasing space vehicle performances. Those applications require advanced materials with good resistance to high temperatures, to oxidation environments and to mechanical stresses. The advantages of ceramic matrix composites are the low specific weight, the high specific strength over a wide temperature ranges, and their good damage tolerance compared to tungsten, pyrographites and polycrystalline graphites. Due to these advantages ceramic matrix composites are currently used in rocket engine chamber, nozzle, solar array, radar antenna, mirror support structures, hypersonic leading edge articles, heat shields, reentry vehicle nose tips, and radiators for spacecraft. Various processes are discussed together with examples of current application so that some of the advanced technologies can be possibly applied to Korean space technology.
Carbon nanotubes (CNTs) exhibit excellent mechanical, electrical, and magnetic properties as well as nanometer scale diameter and high aspect ratio, which make them an ideal reinforcing agent for high strength polymer composites. The functionalized CNTs are believed to be very promising in the fields such as preparation of functional and composite materials. CNT-Polymer composites are expected to have good processability characteristics of the polymer and excellent functional properties of the CNTs. However, since CNTs usually form stabilized bundles due to Van der Waals interactions, are extremely difficult to disperse and align in a polymer matrix. The biggest issues in the preparation of CNT-reinforced composites reside in efficient dispersion of CNTs into a polymer matrix, and the alignment and control of the CNTs in the matrix. There are several methods for the dispersion of nanotubes in the polymer matrix such as solution mixing, bulk mixing, melt mixing, in-situ polymerization and chemical functionalization of the carbon nanotubes, etc. These methods and preparation of high performance CNT-polymer composites are described in this review.
Hi-Nicalon SiC fiber reinforced SiC composites (SiC/SiC) have been fabricated by the reaction sintering process. Braided Hi-Nicalon SiC fiber with double interphases of BN and SiC was used in this composite system. The microstructures and the mechanical properties of reaction sintered SiC/SiC composites were investigated through means of electron microscopies (SEM, TEM, EDS) and bending tests. The matrix morphology of reaction sintered SiC/SiC composites was composed of the SiC phases that the composition of the silicon and the carbon is different. The TEM analysis showed that the residual silicon and the unreacted carbon were finely distributed in the matrix region of reaction sintered SiC/SiC composites. Reaction sintered SiC/SiC composites also represented proper flexural strength and fracture energy, accompanying the noncatastrophic failure behavior.
To improve the mechanical properties of glass-fiber-reinforced polypropylene (PP) composites through interfacial adhesion control between the PP matrix and glass fiber, the surface of the glass fiber was modified with PP-graft-maleic anhydride (MAPP). Surface modification of the glass fiber was carried out through the well-known hydrolysis-condensation reaction using 3-aminopropyltriethoxy silane, and then subsequently treated with MAPP to produce the desired MAPP-anchored glass fiber (MAPP-a-GF). The glass-fiber-reinforced PP composites were prepared by typical melt-mixing technique. The effect of chemical modification of the glass fiber surface on the mechanical properties of composites was investigated. The resulting mechanical and morphological properties showed improved interfacial adhesion between the MAPP-a-GF and PP matrix in the composites.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.4
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pp.968-980
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1995
Al/Al$_{2}$O$_{3}$/C hybrid metal matrix composites are fabricated by the direct squeeze infiltration method. From the microstructure of Al/Al$_{2}$O$_{3}$/C composites, uniform distribution of reinforcements and good bondings are found. Optimum processing conditions for preforms and squeeze castings are suggested. Mechanical properties, such as elastic modulus, elongation, 0.2% offset yield strength and ultimate tensile strength are obtained. Through the abrasive were test and wear surface analsis, wear behavior and its mechanism of AC2B aluminum and Al/Al$_{2}$O$_{3}$/C composites can be characterized under various sliding speed conditions. Tensile strenght elongation of Al/Al$_{2}$O$_{3}$/C composites are decreased with increasing the addition of carbon fiber. On the contrary, elastic modulus of Al/Al$_{2}$O$_{3}$/C composites is slightly improved compared with that of the unreinforced matrix alloy. The addition of carbon fiber to al/al$_{2}$O$_{3}$/C composites gives rise to improvement of the wear resistance. Specially, carbon chopped fibers play an important role in interfering sticking between the counter material and metal matirix composites. Al/Al$_{2}$O$_{3}$/C composites are suitable to high speed due to solid lubication of carbon. And wear model of Al/Al$_{2}$O$_{3}$/C composites is suggested by the examination of worn surfaces.
Alumina matrix composites reinforced with up to 20vol% of aligned SiC whiskers were fabricated by tape casting and hot pressing. Alumina composited with randomly distribution SiC whiskers were also fabricated in order to investigate the effect of whisker alignment on properties of the composites. XRD and optical microscopy were used to examine the whisker orientation. The fracture toughness increased with increasing whisker content, and it was higher in the direction normal to the tape casting direction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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