This paper investigates the change of the percolation threshold in the carbon powder-filled polystyrene matrix composites based on the experimental results of changes in the resistivity and relative permittivity of the carbon powder filling, the electric field dependence of the current, and the critical exponent of conductivity. In this research, the percolation behavior, the critical exponent of resistivity, and electrical conduction mechanism of the carbon powder-filled polystyrene matrix composites are discussed based on a study of the overall change in the resistivity. It was found that the formation of infinite clusters is interrupted by a tunneling gap in the volume fraction of the carbon powder filling, where the change in the resistivity is extremely large. In addition, it was found that the critical exponent of conductivity for the universal law of conductivity is satisfied if the percolation threshold is estimated at the volume fraction of carbon powder where non-ohmic current behavior becomes ohmic. It was considered that the mechanism for changing the gaps between the carbon powder aggregates into ohmic contacts is identical to that of the connecting conducting phases above the percolation threshold in a random resister network system. The electric field dependence is discussed with a tunneling mechanism. It is concluded that the percolation threshold should be defined at this volume fraction (the second transition of resistivity for the carbon powder-filled polystyrene matrix composites) of carbon powder.
In this paper two aspects of the percolation and conductivity of carbon black-filled polyethylene matrix composites will be discussed. Firstly, the percolation behavior, the critical exponent of conductivity of these composites, are discussed based on studying the whole change of resistivity, the relationship between frequency and relative permittivity or ac conductivity. There are two transitions of resistivity for carbon black filling. Below the first transition, resistivity shows an ohmic behavior and its value is almost the same as that of the matrix. Between the first and second transition, the change in resistivity is very sharp, and a non-ohmic electric field dependence of current has been observed. Secondly, the electrical conduction property of the carbon black-filled polyethylene matrix composites below the percolation threshold is discussed with the hopping conduction model. This study investigates the electrical conduction property of the composites below the percolation threshold based on the frequency dependence of conductivity in the range of 20 Hz to 1 MHz. There are two components for the observed ac loss current. One is independent of frequency that becomes prevalent in low frequencies just below the percolation threshold and under a high electrical field. The other is proportional to the frequency of the applied ac voltage in high frequencies and its origin is not clear. These results support the conclusion that the electrical conduction mechanism below the percolation threshold is tunneling.
Among several fabrication processes of $SiC_f/SiC$ composites, the chemical vapor infiltration (CVI) process has attractive advantages in manufacturing complex net-or near-net-shape components at relatively low temperatures, easily controlling the microstructure of the matrix and obtaining the highest SiC purity level. However, it has disadvantages in that the ratio of residual pores in matrix is higher than other processes and processing time is relatively long. To reduce the residual porosity, the whisker-growing-assisted CVI process, which is composed of whisker growth and matrix filling steps has been developed. The whiskers grown before matrix filling may serve to divide the large natural pores between the fibers or bundles so that the matrix can be effectively filled into the finely divided pores. In this paper, the fundamentals of the CVI process for preparation of $SiC_f/SiC$ composites and some experimental results prepared by CVI and whisker-growing-assisted CVI processes are briefly introduced.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2002.05a
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pp.97-102
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2002
The ability to pass between bars is one of the most important performance of self-compacting concrete or high-flowability concrete since it determines the final filling capacity which influences the strength and durability of hardened concrete in structure. Therefore it has been evaluated by many researchers using different kinds of testing apparatuses. The assessments of passing ability, however, differ largely according to the style, the dimension and the criteria in apparatuses, and the value obtained from one apparatus cannot be converted those of the others. There needs a rheological approach to the better understanding of the passing behavior of fresh concrete between reinforcing bars, where the flow velocity of concrete becomes slow and the blockade sometimes occurs due to the interference between aggregates and reinforcing bars. Experimental works were conducted to clarity the effects of the clearance between reinforcing bars, the volume of aggregate and the rheological properties of matrix on the behavior from the rheological point view and showed the rational mix proportioning of concrete.
Fatigue lives of C.T. specimens containing the holes or the holes filled with other materials are investiated by experimental and analytical methods. The results of the study are as follows; 1) The fatigue lives are in the order of E'/E > 1, E'/E = 1, and E'/E < 1, where E' is the Young's modulus of other materials filling holes and E is that of matrix. 2) The fatigue life of E'/E = 0 is shortest than thost of E'/E > 1, E'/E = 1 and E'/E < 1. 3) The fatigue life of C.T. specimen containing the holes filled with other materials is shorter than that of matrix without holes. 4) Because of the stress concentration around the bonding boundary, crack initiates from the lower left on the boundary and propagates toward the upper right along the boundary.
Kim, Sun-Han;Jung, Yang-Il;Park, Jeong-Yong;Kim, Hyun-Gil;Koo, Yang-Hyun;Hong, Sun-Ig
Korean Journal of Materials Research
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v.24
no.9
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pp.474-480
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2014
Process conditions for the impregnation of polycarbosilane preceramic polymer into SiC-based composites were investigated. Two kinds of preceramic polymer (PCP) was impregnated into SiC-fiber fabrics with different solvents of n-hexane and divinylbenzene (DVB). Both microstructural observations and mechanical tests were conducted to evaluate the impregnation. The matrix phases were particulated in the case of hexane solvents. Apparent relative density of the matrix was about 78.8%. The density of matrix was increased to about 96.1-98.8% when the DVB was used; however, brittle fracture was observed during a bending test. The modulus of toughness was less than $0.74J/m^3$. The fabric impregnated with a mixed PCP-dissolved solution showed intermediate characteristics with relative high density of filling (apparent density of ~96.1%) as well as proper bending behavior. The modulus of toughness was increased to about $5.31J/m^3$. The composites developed by changing the precursor and solvent suggested the possibility of fabricating SiCf/SiC composites without a fiber to matrix interphase coating.
Ultra-high temperature ceramics (UHTC) such as $ZrB_2$, ZrC, $HfB_2$, HfC and TaC has been recently actively investigated for the application as components such as nose-cone, rocket nozzle and leading edge of hypersonic systems. However, the application has been limited by various reasons. The brittleness of the materials and consequent low thermal shock resistance is one of the reasons. The property can be improved through the fabrication of ceramic matrix composites. In this paper, the concept of UHTC and the fabrication process and testing of UHTC-based ceramic matrix composites (UHTC-CMC) were briefly reviewed. Also, international activities regarding the fabrication of UHTC-CMC were summarized and a UHTC-CMC project, which was performed in Korea, was introduced.
Dong-Wook Hwang;Sanjay Kumar;Dong-Hun Ha;Su-Min Jo;Yun-Hae Kim
Composites Research
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v.36
no.4
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pp.259-263
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2023
This study investigated the open hole tensile (OHT) properties of carbon fiber/epoxy composites and compared them to bolt joint tensile (BJT) properties. The net nominal modulus and strength (1376 MPa) were found to be higher than the gross nominal strength (1041 MPa), likely due to increasing hole size. The OHT and BJT specimens exhibited similar stiffness, as expected without bolt rotation causing secondary bending. OHT specimens experienced a sharp drop in stress indicating unstable crack propagation, delamination, and catastrophic failure. BJT specimens failed through shear out on the bolt side and bearing failure on the nut side, involving fiber kinking, matrix splitting, and delamination, resulting in lower strength compared to OHT specimens. The strength retention of carbon fiber/epoxy composites with open holes was 66%. Delamination initiation at the hole's edge caused a reduction in the stress concentration factor. Filling the hole with a bolt suppressed this relieving mechanism, leading to lower strength in BJT specimens compared to OHT specimens. Bolt joint efficiency was calculated as 15%. The reduction in strength in bolted joints was attributed to fiber-matrix splitting and delamination, aligning with Hart Smith's bolted joint efficiency diagram. These findings contribute to materials selection and structural reliability estimation for carbon fiber/epoxy composites. They highlight the behavior of open hole and bolt joint configurations under tensile loading, providing valuable insights for engineering applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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