Biochar is a novel carbon based material derived from waste that shows promising properties for several applications. In this paper we investigate its potential use as a low cost, greener alternative to commonly used aggregates employed to enhance the neutron shielding performance of concrete. Monte Carlo simulations are performed with the PHITS code to estimate the neutron attenuation of blank and biochar-reinforced concrete exposed to high energy neutrons. We find that the shielding performance of concrete with 15% biochar is comparable with commonly used materials such as Boron Carbide at 20% and exceeds that of Basalt fibers with the same concentration, making these composites an interesting greener alternative to current solutions. A combination of biochar and heavier fillers also show extremely promising performance.
본 연구에서는 용융가압함침 공정을 통해 고체적율의 TiC 입자가 균일 분산된 SKD11 금속복합재료를 제조하고, 미제조직, 기계적 특성 및 내마모 특성에 대해 분석하였다. 약 60 vol%의 TiC가 균일하게 분산된 TiC-SKD11 복합재료를 제조함으로써 SKD11 대비 약 24% 경량화에 성공하였고 경도 및 압축항복강도는 증가하였다. 내마모 시험 결과 복합소재의 우수한 내마모 특성을 확인하였으며, 이는 높은 경도를 가지는 TiC 입자가 SKD11 기지와 강한 계면 결합력을 가지면서 높은 체적율로 존재함으로 인한 분산강화 효과와 TiC에 의한 SKD11의 산화 억제가 원인으로 판단된다.
In this study, the physical and mechanical properties of bamboo fiber reinforced epoxy composites were studied. Composites were fabricated using short bamboo fiber at four different fiber loading (0 wt%, 15 wt%, 30 wt% and 45 wt%). It has been observed that few properties increases significantly with respect to fiber loading, however properties like void fraction increases from 1.71% to 5.69% with the increase in fiber loading. Hence, in order to reduce the void fraction, improve hardness and other mechanical properties silicon carbide (SiC) filler is added in bamboo fiber reinforced epoxy composites at four different weight percentages (0 wt%, 5 wt%, 10 wt% and 15 wt%) by keeping fiber loading constant (45 wt%). The significant improvement of hardness (from 46 to 57 Hv) at 15 wt%SiC, tensile strength (from 10.48 to 13.44 MPa) at 10 wt% SiC, flexural strength (from 19.93 to 29.53 MPa) at 5 wt%SiC and reduction of void fraction (from 5.69 to 3.91%) at 5 wt%SiC is observed. The results of this study indicate that using particulate filled bamboo fiber reinforced epoxy composites could successfully develop a composite material in terms of high strength and rigidity for light weight applications compared to conventional bamboo composites. Finally, SEM studies were carried out to evaluate fibre/matrix interactions.
The aim of this research is to evaluate the wear properties of (TiB+TiC) paticulate reinforced titanium matrix composites (TMCs) by in-situ synthesis. Different particle sizes (1500, $150{\mu}m$) and contents (0.94, 1.88 and 3.76 mass% for Ti, 1.98 and 3.96 mass% for the Ti6Al4V alloy) of boron carbide were added to pure titanium and to a Ti6Al4V alloy matrix during vacuum induction melting to provide 5, 10 and 20 vol.% (TiB+TiC) particulate reinforcement amounts. The wear behavior of the (TiB+TiC) particulate reinforced TMCs is described in detail with regard to the coefficient of friction, the hardness, and the degree of reinforcement fragmentation during sliding wear. The worn surfaces of each sliding wear condition are shown for the three types of wear studied here: transfer layer wear, particle cohesion wear and the development of abrasive areas. The fine reinforcements of TMCs were easily fragmented from the Ti matrix as compared to coarse reinforcements, and fragmented debris accelerated the decrease in the wear resistance.
The composite added with surface-coated chopped carbon fiber showed the microstructure of a 3 dimensional discretional arrangements. The fiber reinforced reaction bonded silicon carbide composite, containing the 50 vol% carbon fiber, showed the porosity of < 1 vol%, 3-point bending strength value of 250MPa and fracture toughness of 4.5 $MPa{\cdot}m^{1/2}$. As the content of carbon fiber was increased from 0 vol% to 50 vol% in the composite, fracture strength was decreased due to the increase of carbon fiber, which has a less strength than SiC and molten Si. On the other hand, the fracture toughness was increased with increasing the amount of carbon fiber. According to the polished microstructure, carbon fiber was shown to have a random 3 dimensional arrangement. Moreover, the fiber pull-out phenomenon was observed with the fractured surface, which can explain the increased fracture toughness of the composite containing high content of carbon fiber.
Fitriani, Pipit;Sharma, Amit Siddharth;Lee, Sungho;Yoon, Dang-Hyok
한국세라믹학회지
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제52권4호
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pp.284-289
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2015
This study examined carbon layer coating on silicon carbide (SiC) fibers by utilizing solid-state and wet chemistry routes to confer toughness to the fiber-reinforced ceramic matrix composites, as an alternative to the conventional pyrolytic carbon (PyC) interphase layer. Electrophoretic deposition (EPD) of carbon black nanoparticles using both AC and DC current sources, and the vacuum infiltration of phenolic resin followed by pyrolysis were tested. Because of the use of a liquid phase, the vacuum infiltration resulted in more uniform and denser carbon coating than the EPD routes with solid carbon black particles. Thereafter, vacuum infiltration with controlled variation in phenolic resin concentration, as well as the iterations of infiltration steps, was improvised to produce a homogeneous carbon coating having a thickness of several hundred nanometers on the SiC fiber. Conclusively, it was demonstrated that the carbon coating on the SiC fiber could be achieved using a simpler method than the conventional chemical vapor deposition technique.
The solidification behavior of the squeeze cast composites of aluminum alloys reinforced with boron fiber($100{\mu}m$) and silicon carbide fibers($140{\mu}m$ and $15{\mu}m$) were investigated. Al-4.5wt%Cu and Al-l0wt%Mg were chosen for the matrix phase of the composites. In the squeeze cast specimen with high thermal difference between fiber and melt, the average secondary dendrite arm spacing(DAS) in reinforced alloy is smaller than that in unreinforced alloy. It was also observed that primary ${\alpha}$ and non-equilibrium eutectic, which seems to be penetrated and solidified at the final stage of the solidification of the matrix, are irregularly distributed around fibers. It is considered that cold fibers serve as heterogeneous nucleation site. While in the remelted and resolidified specimen without temperature difference, the DAS was not changed with reinforcement and microstructure reveals non-equilibrium eutectic with relatively uniform thickness around fibers. It might be evident the nucleation starts at interfiber region. Microsegregation decreases with the decrease in cooling rate and with reinforcement in the as-squeeze cast specimen. Al-10wt% Mg alloy shows less microsegregation than Al-4.5wt%Cu alloy.
The effect of interface bonding strength on the recovery force of SMA wire reinforced polymer matrix composites was investigated by pullout test. Firstly, the recovery forces and transformation temperatures of various prestrained SMA wires were measured and 5% prestrained SMA wires were prepared for the reinforcements of composites. EPDM incorporated with 20vol% silicon carbide particles(SiCp) of 6, 12, $60{mutextrm{m}}$ size were used as matrix. Pullout test results showed that the interface bonding strength increased when the SiCp size decreased due to the increase of elastic modulus of matrix. Cyclic test of composites was performed through control of DC current at the constant displacement mode. The abrupt decrease of recovery force during cycle test at high current was occurred by thermal degradation of matrix. This was in good agreement with temperature related in the thermal degradation of matrix. The hysteresis of recovery force with respect to the temperature was compared between wire and composite and the hysterisis of composites was smaller than the wire due to less thermal conduction.
TiC ceramic particulate-reinforced titanium matrix composites were fabricated and the resultant densification, microstructure, and static and dynamic mechanical properties were studied. Comparing Ti with TiH₂powders as host materials for TiC ceramic reinforcement by pressureless vacuum sintering, TiH₂-started composites showed better sinterability and resistance to both elastic and plastic deformation than Ti-started ones. When TiH₂and TiH₂-45 vol.%TiC samples were hot pressed, TiH₂matrices transformed to alpha prime Ti and alpha Ti phase, respectively. It is interpreted that the diffusion of an alpha stabilizer carbon from TiC into the matrix is one of the plausible reasons far such a microstructural difference. The 0.2% offset yield strengths of the hot pressed TiH₂and TiH₂-45 vol.%TiC samples were 1008 and 1446 MPa, respectively, in a static compressive mode (strain rate of 1×$10^{-3}$/s). Dynamic compressive strengths of the samples were 1600 and 2060 MPa, respectively, at a strain rate of 4×10³/s.
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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