Mechanical properties of carbon coated $SiC_f/SiC$ composites have been investigated, in conjunction with a detailed analysis of microstructure. Especially, the fracture behavior of $SiC_f/SiC$ composites by the induction of carbon coating layers has been examined. The matrix region of $SiC_f/SiC$ composites with ultra-fine SiC powders were consolidated by a liquid phase sintering (LPS) process, using a sintering additive of $Al_2O_3-Y_2O_3$ powder compound. In this composite, plain and satin- woven Tyranno SA fabrics were also utilized as a reinforcing material. A carbon interfacial layer was coated around satin-woven SiC fabrics. The characterization of LPS-$SiC_f/SiC$ composites was investigated by means of SEM and three point bending test.
Interfacial properties and electrical sensing for fiber fracture in carbon and SiC fibers/epoxy composites were investigated by the electrical resistance measurement and fragmentation test. As fiber-embedded angle increased, interfacial shear strength (IFSS) of two-type fiber composites decreased, and the elapsed time was long to the infinity in electrical resistivity. The initial slope of electrical resistivity increased rapidly to the infinity at higher angle, whereas electrical resistivity increased gradually at small angle. Furthermore, both fiber composites with small embedded angle showed a fully-developed stress whitening pattern, whereas both composites with higher embedded angle exhibited a less developed stress whitening pattern. As embedded angle decreased, the gap between the fragments increased and the debonded length was wider for both fiber composites. Electro-micromechanical technique can be a feasible nondestructive evaluation to measure interfacial sensing properties depending on the fiber-embedded angle in conductive fiber reinforced composites.
The conversion of carbon preforms to dense SiC by liquid infiltration is a prospectively low-cost and reliable method of forming SiC-Si composites with complex shapes and high densities. Si powder was coated on top of a 2.0wt.% Y2O3-added carbon preform, and reaction bonded silicon carbide (RBSC) was prepared by infiltrating molten Si at 1,450℃ for 1-8 h. Reactive sintering of the Y2O3-free carbon preform caused Si to be pushed to one side, thereby forming cracking defects. However, when prepared from the Y2O3-added carbon preform, a SiC-Si composite in which Si is homogeneously distributed in the SiC matrix without cracking can be produced. Using the Si + C → SiC reaction at 1,450℃, 3C and 6H SiC phases, crystalline Si, and Y2O3 were generated based on XRD analysis, without the appearance of graphite. The RBSC prepared from the Y2O3-added carbon preform was densified by increasing the density and decreasing the porosity as the holding time increased at 1,450℃. Dense RBSC, which was reaction sintered at 1,450℃ for 4 h from the 2.0wt.% Y2O3-added carbon preform, had an apparent porosity of 0.11% and a relative density of 96.8%.
The conversion of all carbon preforms to dense SiC by liquid infiltration can become a low-cost and reliable method to form SiC-Si composites of complex shape and high density. Reactive sintered silicon carbide (RBSC) is prepared by covering Si powder on top of 0.5-5.0 wt% Y2O3-added carbon preforms at 1,450 and 1,500℃ for 2 hours; samples are analyzed to determine densification. Reactive sintering from the Y2O3-free carbon preform causes Si to be pushed to one side and cracking defects occur. However, when prepared from the Y2O3-added carbon preform, an SiC-Si composite in which Si is homogeneously distributed in the SiC matrix without cracking can be produced. Using the Si + C = SiC reaction, 3C and 6H of SiC, crystalline Si, and Y2O3 phases are detected by XRD analysis without the appearance of graphite. As the content of Y2O3 in the carbon preform increases, the prepared RBSC accelerates the SiC conversion reaction, increasing the density and decreasing the pores, resulting in densification. The dense RBSC obtained by reaction sintering at 1,500 ℃ for 2 hours from a carbon preform with 2.0 wt% Y2O3 added has 0.20 % apparent porosity and 96.9 % relative density.
$Al_2O_3-SiC$ and $Al_2O_3-SiC$-TiC composite powders were prepared by SHS process using $SiO_2,\;TiO_2$, Al and C as raw materials. Aluminum powder was used as reducing agent of $SiO_2,\;TiO_2$ and activated charcoal was used as carbon source. In the preparations of $Al_2O_3-SiC$, the effect of the molar ratio in raw materials, compaction pressure, preheating temperature and atmosphere were investigated. The most important variable affecting the synthesis of $Al_2O_3-SiC$ was the molar ratio of carbon. Unreactants remained in the product among all conditions without compaction. The optimum condition in this reaction was $SiO_2$: Al: C=3: 5: 5.5, 80MPa compaction pressure under Preheating of $400^{\circ}C$ with Ar atmosphere. However there remains cabon in the optimum condition. The effect of $TiO_2$ as additive was investigated in the preparations of $Al_2O_3-SiC$. As a result of $TiO_2$ addition, $Al_2O_3-SiC$-TiC composite powder was prepared. The $Al_2O_3$ powder showed an angular type with 8 to $15{\mu}m$, and the particle size of SiC powder were 5~$10{\mu}m$ and TiC powder were 2 to $5{\mu}m$.
High reaction heat evolved from the oxidation of Al was used to synthesize SiC, which might be difficult to be formed by SHS. Al2O3-SiC composite powder was easily manufactured using KNO3 as an ignition and reaction catalyst. Unreacted Si and C were observed after reaction dependent upon the composition of starting powders, reaction atmosphere and relative densities of compacted bodies. The unreacted carbon could be removed by calcining at $600^{\circ}C$ and the remaining Si could be removed by dissolving in NaOH solution. The final powder particles were smaller than 1${\mu}{\textrm}{m}$ in size.
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.
본 연구에서는 탄소/탄소 복합체의 내산화성을 증진시키기 위하여 CVD법에 의한 SiC 코팅과 PCS 함침법을 응용하여 실험을 행하였다. 전자현미경으로 시편의 미세구조를 관찰 한 결과 CVD법에 의해서는 표면에 SiC가 고르게 증착되었으며, 함침법에 의해서는 각 탄소 섬유의 표면에 PCS가 wetting된 후 SiC로의 전이가 잘 일어났음을 확인하였고, 이로 인하여 각 섬유들의 결합력을 증대시키고 기계적물성에 증진을 가져왔음을 확인하였다. PCS 함침된 탄소/탄소 복합체 시편은 함침되지 않은 시편에 비해 밀도는 25 %, 곡강도 값은 3.5배, 내산화성은 2.8배가 증가하는 현격한 기계적 물성이 증가함을 보였다. 이러한 증가는 CVD법에 의해 코팅된 탄소/탄소 복합체 사편보다도 우수한 기계적 성질을 나타내였다.
Reaction bonded si-SiC composites were prepared by silicon infiltration technique at temperature of 1$600^{\circ}C$ for 30 minutes in vaccum atmosphere. The microstructure and mechanical properties of Si-SiC composites were investigated and characterized. UF-15 and SE-10 as SiC powders, phenolic resin and carbon black as carbon source, and metallic silicon powder as molten Si source were used as starting materials. New SiC crystallines nucleatd and grown by reaction of Si and C were detected by TEM and SEM-EDS. The bonding between new and original SiC was found to be strong. But the wetting of SiC by unreacted metallic Si and the rapid grain growth of new SiC decreased density and fracture toughness. Fracture toughness and modulus of rupture of Si-SiC composite were about 3.2 MPa.m1/2 and 480 MPa, respectively.
In this study, three-dimensional (3D) networks structure using single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) for Si-graphite composite electrode was developed and studied about effects on the electrochemical performances. To investigate the effect of SWCNTs on forming a conductive 3D network structure electrode, zero-dimensional (0D) carbon black and different SWCNTs composition electrode were compared. It was found that SWCNTs formed a conductive network between nano-Si and graphite particles over the entire area without aggregation. The formation of 3D network structure enabled to effective access for lithium ions leading to improve the c-rate performance, and provided cycle stability by alleviating the Si volume expansion from flexibility and buffer space. The results of this study are expected to be applicable to the electrode design for high-capacity lithium-ion batteries.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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