Kim, Weon-Ju;Kim, Daejong;Jung, Choong Hwan;Park, Ji Yeon;Snead, Lance L.
한국세라믹학회지
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제50권6호
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pp.378-383
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2013
Continuous fiber-reinforced ceramic matrix composites (CFCCs) have a complex distribution of porosity, consisting of interfiber micro pores and interbundle/interply macro pores. Owing to the complex geometry of the pores and fiber architecture, it is difficult to obtain representative microstructural features throughout the specimen volume with conventional, destructive ceramographic approaches. In this study, we introduce X-ray computed microtomography (X-ray ${\mu}CT$) to nondestructively analyze the microstructures of disk shaped and tubular $SiC_f$/SiC composites fabricated by the chemical vapor infiltration (CVI) method. The disk specimen made by stacking plain-woven SiC fabrics exhibited periodic, large fluctuation of porosity in the stacking direction but much less variation of porosity perpendicular to the fabric planes. The X-ray ${\mu}CT$ evaluation of the microstructure was also effectively utilized to improve the fabrication process of the triple-layered tubular SiC composite.
The single-modal Weibull model has been assessed on Tyranno ZMI Si-Zr-C-O fiber if a set of shape and scale parameters accurately reproduced the effect of the size of the diameter on strength. The tensile data of a single fiber have been divided into two expedient groups as 'small diameter' group and 'large diameter' group in deriving the parameters, which should be consistent if the Weibull model accurately reproduced the size effect. However, the derived Weibull parameters were inconsistent between the two groups. Thereby the authors have concluded that the parameters of the single-modal Weibull model are dependent on the fiber diameter, so that the model is inadequate to reproduce the strength size effect. On the other hand, Weibull parameters were found consistent between the two groups by excluding the data of 'large mirror zone' sample, which was defined as the sample around 10% mirror zone area of the fracture surface. What is more, the exclusion reduced the strength variance more drastically in the 'large diameter' group than in the 'small diameter' group, even though the 'large mirror zone' samples were found identical in the percentage between the two groups. The authors therefore conclude that diameter limitation to the 'small diameter' group level can lead to drastically less distributed strength values than the estimated strength through the Weibull scaling on the present Tyranno ZMI Si-Zr-C-O fiber.
The creep behavior and failure mechanism of the 30 vol% hot-pressed $SiC_t/Si_3N_4$ ceramic composite was experimentally investigated at $1200^{\circ}C$ and at various stress levels in air. The creep threshold stress for zero creep rate after 100 hr was found to be approximately 60 MPa. The stress exponent was estimated to be n~1, which suggests that fiber-reinforcement reduced the stress sensitivity of the HPSN matrix with the stress exponent of 2. The tertiary stage leading to creep rupture was found at 250 MPa but was very short. The microstructure of the crept specimen showed random fiber fracture and no matrix cracking. Interfacial debonding was absent.
The influence of cyclic loading history on the creep behavior of the 30 vol% hot-pressed $SiC_f/Si_3N_4copmposite was experimentally investigated at $1200^{\circ}C$. The duration of loading/unloading had great effects on the creep behaviors. The short term duration cyclic loading history test results showed significant reduction in the primary and steady-state creep rates. For example, 300sec loading/300sec unloading history resulted in 70% lower steady-state creep rate than that of the continuous loading. However the long term duration cyclic loading history test results showed little change in creep rates compared to those of the continuous one. The reason for the significant change in the short term duration cycles was estimated due to the change in the stress redistribution between the fiber and matrix during the creep recovery in the primary stage.
The organic-inorganic composite membrane in polymer exchange membrane fuel cells (PEMFCs) have several fascinating technological advantages such as a proton conductivity, thermal stability and mechanical properties. As the inorganic filler, silicon carbide (SiC) fiber have been used in various fields due to its unique properties such as thermal stability, conductivity, and tensile strength. In this study, composite membrane was successfully fabricated by modified-silicon carbide fiber. Modified process, as a novel process in SiC, takes reaction by phosphoric acid after oxidation process (generated homogeniusly $SiO_2$ layer on SiC fiber). The mechanical property which was conducted by tensile test of the 5wt% modified-$SiO_2@SiCf$ composite membrane was better than that of Aquivion casting membrane as well as ion cxchange capacity(IEC) and proton conductivity. In addition, the single cell performance was observed that the 5wt% modified-$SiO_2@SiCf$ composite membrane was approximately $0.2A/cm^2$ higher than that of a Aquivion casting electrolyte membrane and electrochemical impedance was improved with the charge transfer resistance and membrane resistance.
탄소섬유강화 SiC기지상 복합재는 우수한 산화저항성과 우수한 열충격저항성을 가진다. 그리고 이런 특성들은 탄소섬유강화복합재가 고온구조재로서 응용케하였다. 본 연구에서는 $C_f/SiC$ 복합재가 전구체 함침과 액상 함침이 동반된 열분해공정, Cyclohexene을 사용한 화학기상 경화공정을 통해 제조되었다. 최종 제조된 $C_f/SiC$ 복합재는 5회 함침을 통해 $0.43g/cm^3$ 밀도를 갖는 탄소섬유 프리폼에서 $1.76g/cm^3$의 밀도값을 나타내고 있다. 그리고 산화저항성 특성면에서 $C_f/SiC$ 복합재의 무게가 공기중 $1400^{\circ}C$에서 6시간 유지 후에 81%가 남았다. 결과적으로 Cyclohexene을 사용한 화학기상 경화공정은 효과적으로 높은 치밀화와 증가된 산화저항성을 보이고 있다.
Joung-Man Park;Sang-Il Lee;Jin-Woo Kong;Tae-Wook Kim
Composites Research
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제16권2호
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pp.68-73
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2003
Fragmentation 시험법과 전기저항 측정을 통하여 탄소 및 SiC 섬유강화 에폭시 복합재료의 계면물성과 섬유파단에 대한 전기적 감지능을 연구하였다. 섬유 함침 각이 증가함에 따라서 계면전단강도는 감소하였고, 섬유파단에 의한 전기저항도 값이 무한대로 증가하는 시간은 길어졌다. 높은 함침 각에서 전기저항도의 초기 기울기는 급격히 증가한 반면. 낮은 각에서는 점차적으로 증가하였다. 또한 낮은 함침각의 두 섬유 모두에서 stress whitening pattern을 뚜렷하게 관찰할 수 있었지만, 높은 함침 각에서는 그렇지 못했다. 섬유 함침 각이 감소함에 따라서 섬유 파단 간격과 debonding된 길이는 두 섬유 모두에서 증가하였다. 본 연구에서 사용한 electro-micromechanical 시험법은 전도성 섬유강화 복합재료의 섬유 함침 각에 따른 계면 감지능 측정을 위해서 비파괴적 평가방법으로 실행 가능하였다.
The effects of the fiber direction, specimen size and temperature on the compressive strength of carbon fiber reinforced silicon carbide composite (C/SiC composite) manufactured by liquid silicon infiltration(LSI) is investigated. Tests were conducted in accordance with ASTM C 695 at room temperature and elevated temperatures. Experiments are conducted with two different specimens considering grain direction. With grain (W/G) specimens have a carbon fibers parallel to the load direction, but across grain (A/G) specimens have a perpendicular carbon fibers. To verify the specimen size effect of C/SiC composite, two types of specimens are manufactured. One has a one to two ratio of diameter to height and the other has a one to one ratio. The compressive strength of C/SiC composite increased as temperature rise. As specimens are larger, compressive strength of A/G specimens increased, however compressive strength of W/G decreased.
유리섬유(glass fiber cloth, GFC)가 보강제로 사용된 고분자 겔 전해질(polymeric gel electrolytes, PGEs)에 $SiO_2$를 첨가하여 전해질의 전기 화학적 특성을 조사하였다. 가소제로는 Ethylene carbonate(EC) , propylene carbonate(PC), diethyl carbonate(DEC)를, 리튬염으로는 $LiClO_4$를 고분자로는 polyacrylronitrile(PAN)과 poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoro propylene)(P(VdF-co-HFP))을 사용하여 $80\~90{\mu}m$의 두께로 전해질을 제조하였다. 제조된 전해질은 모두 상온체서 $10^{-3}S/cm$의 이온 전도도를 나타내었고, 4.8V까지 안정하였다. 리튬금속을 사용하여 제조된 셀의 임피던스 결과에서는 시간이 지남에 따라 모든 전해질이 부동태 피막의 성장으로 계면저항이 증가했으나, $SiO_2$첨가비율에 따라 뚜렷한 차이는 보이지 않았다. $LiClO_2$와 mesophase pitch-based carbon fiber(MCF)를 각각 양극과 음극으로 사용하여 제조된 겔의 임피던스에서는 $SiO_2$가 첨가되지 않은 셀의 옴 저항이 충전, 방전이 진행되는 동안 많은 변화를 보였으며, $SiO_2$가 첨가된 셀의 저항은 거의 변화되지 않았고, 계면의 변화도 적었다. 또한 방전용량에서도 $SiO_2$가 $20\%$가 첨가된 전해질이 0.2C의 방전속도에132mAh/g의 비 용량을 나타내었고, 2C의 방전속도에서$85\%$의 방전용량을 유지하였다.
Reaction bonded silicon carbide (RBSC) composite for heat-exchanger was fabricated by molten Si infiltration method. For enforcing fracture toughness to reaction bonded silicon carbide composite, the surface of carbon fiber has coating layer by SiC or pyro-carbon. For SiC layer coating, CVD method was used. And for carbon layer coating, the phenol resin was used. In the case of carbon layer coating, fracture toughness and fracture strength were enhancing to 4.4 $MPa{\cdot}m^{1/2}$ and 279 MPa.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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