강화 섬유의 분산도가 SiCf/SiC 복합소재의 기계적 강도에 미치는 영향
Effect of Fiber Dispersion on Mechanical Strength of SiCf/SiC Composites
0
조회
0
다운로드
0
인용
0
참고문헌
키워드
초록
본 논문에서는 스프레딩된 SiC 섬유를 적용해 SiCf/SiC를 제조하였을 경우, 섬유의 분산도가 복합소재의 내부구조 및 기계적 강도에 어떠한 영향을 주는지를 연구하였다. Spread SiC 섬유를 적용한 시편의 섬유 체적비는 non-spread 시편 대비 9%p 감소하였으며, 수지 슬러리가 섬유 사이로 더 원활히 함침되어 기지내 기공도 거의 발견되지 않았다. 각 시편의 섬유 분산도를 비교하기 위해, 복합소재 내 섬유간 이격거리를 수치화하고 평가하는 방법을 제안하였다. 그 결과 spread 시편의 섬유간 중심거리는 non-spread 시편 대비 2.23m 증가하였으며, 섬유 표면 사이 거리는 42.6%로 대폭 증가하였다. 3점 굽힘시험을 통해 spread 시편의 굽힘강도가 non-spread 시편 대비 49.3% 가량 높으며, 시험 데이터의 편차도 더 균일함을 확인하였다. 따라서 복합소재 기지내 SiC 섬유의 분산도 향상이 SiCf/SiC의 균일한 기지상 치밀화와 기계적 강도 증가에 매우 큰 영향을 미친다는 점을 알 수 있다.
Abstract
This paper investigates the impact of fiber dispersion on the internal structure and mechanical strength of SiCf/SiC composites manufactured using spread SiC fibers. The fiber volume ratio of the specimen to which spread SiC fiber was applied decreased by 9%p compared to the non-spread specimen, and the resin slurry impregnated between the fibers more smoothly, resulting in minimal matrix porosity. In order to compare the fiber dispersion of each specimen, a method was proposed to quantify and evaluate the separation distance between fibers in composite materials. The results showed that the distance between fibers in the spread specimen increased by 2.23μm compared to the non-spread specimen, with a significant 42.6% increase in the distance between fiber surfaces. Furthermore, the 3pt bending test demonstrated a 49.3% higher flexural strength in the spread specimen, accompanied by a more uniform deviation in test data. These findings highlight the significant influence of SiC fiber dispersion on achieving uniform densification of the SiCf/SiC matrix and increasing mechanical strength.
참고문헌 (15)
- Upadhya, K., "Materials for Ultrahigh Temperature Structural Applications", American Ceramic Society Bulletin, 76(12), pp.51~56 (1997)
- "Modeling of Melt-Infiltrated SiC/SiC Composite Properties, TM 20090041359" (2009)[URL]
- Lee, S., "Hoop Tensile Strength of Tubular Carbon Fiber Reinforced Silicon Carbide Matrix Composites", Ceramics International, 44(14), pp.17087~17093 (2018)
- Shim, G., "Influence of Pyrolysis and Melt Infiltration Temperatures on the Mechanical Properties of SiCf", SiC Composites, 2022, pp.48(2), 1532~1541
- Christin, F., "Design, Fabrication, and Application of Thermostructural Composites(TSC)Like C", C, C, SiC Composites, pp.Advanced Engineering Materials, 2002[DOI]
- Boyle, R. J., "Design Considerations for Ceramic Matrix Composite Vanes for High Pressure Turbine Applications", Proceeding of the Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air, 55188, pp.V004T02A00~ (2013)
- 노정우, "연속 섬유의 펼침에 대한 기술 현황 및 적용", Composites Research, 26(3), pp.155~159 (2013), 한국복합재료학회
- Shin, S. W., "Experimental Studies of Thin-ply Laminated Composites", Composites Science and Technology, 67(6), pp.996~1008 (2007)
- Nishikawa, Y., "Fatigue Behaviour of Plain Woven CF", Epoxy Composites using Spread Tows(Effect of Tow Thickness on Crack Formation) : Effect of Tow Thickness on Crack Formation, 2005, pp.71(710), 1356~1361
- El-Dessouky, H. M., "Ultra-lightweight Carbon Fibre", Thermoplastic Composite Material Using Spread Tow Technology, 2013, pp.50, 91~97
- 노정우, "공기에 의한 탄소섬유 스프레딩 공정 변수에 따른 프로세스 성능 및 기계적 물성 평가", Composites Research, 33(6), pp.390~394 (2020), 한국복합재료학회
- Ma, X., "Microstructure and Mechanical Behaviors of T700 Carbon Fiber Reinforced C", SiC Composites via Precursor Infiltration and Pyrolysis, 2016, pp.666, 238~244
- Sørensen, B. F., "Effects of Nonuniformity of Fiber Distribution on Thermally-induced Residual Stresses and Cracking in Ceramic Matrix Composites", Mechanics of Materials, 16(4), pp.351~363 (1993)
- 송종섭, "다양한 SiC 섬유를 적용한 실리콘 용융 침투 공정 SiCf", SiC 복합재료의 제조 및 특성 변화 연구, 2017, pp.30(2), 77~83[DOI]