Effect of silicon infiltration on the bend and tensile strength of 2D cross-ply carbon-carbon composites are studied. It is observed that bend strength higher than tensile strength in both types of composite is due to the different mode of fracture and loading direction. After silicon infiltrations bend and tensile strength suddenly decreases of carbon-carbon composites. This is due to the fact that, after silicon infiltration, silicon in the immediate vicinity of carbon forms the strong bond between carbon and silicon by formation silicon carbide and un-reacted silicon as free silicon. Therefore, these composites consist of three components carbon, silicon carbide and silicon. Due to mismatch between these three components secondary cracks developed and these cracks propagate from $90^{\circ}$ oriented plies to $0^{\circ}$ oriented plies by damaging the fibers (i.e., in-situ fiber damages). Hence, secondary cracks and in-situ fiber damages are responsible for degradation of mechanical properties of carbon-carbon composites after silicon infiltration which is revealed by microstructure investigation study by scanning electron microscope.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2003.10a
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pp.42-45
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2003
Nondestructive damage sensing and mechanical properties for acid-treated carbon nanotube (CNT) and nanofiber (CNF)/epoxy composites were investigated using electro-micromechanical technique and acoustic emission (AE). Carbon black (CB) was used to compare to CNT and CNF. The results were compared to the untreated case. The fracture of carbon fiber was detected by nondestructive acoustic emission (AE) relating to electrical resistivity under double-matrix composites test. Sensing for fiber tension was performed by electro-pullout test under uniform cyclic strain. The sensitivity for fiber damage such as fiber fracture and fiber tension was the highest for CNT/epoxy composites. Reinforcing effect of CNT obtained from apparent modulus measurement was the highest in the same content. For surface treatment case, the damage sensitivity and reinforcing effect were higher than those of the untreated case. The results obtained from sensing fiber damage were correlated with the morphological observation of nano-scale structure using FE-SEM. The information on fiber damage and matrix deformation and reinforcing effect of carbon nanocomposites could be obtained from electrical resistivity measurement as a new concept of nondestructive evaluation.
Kim, Dae-Sik;Park, Joung-Man;Lee, Jae-Rock;Kim, Tae-Wook
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2003.04a
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pp.117-120
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2003
Electro-micromechanical techniques were applied using four-probe method for carbon nanotube (CNT) or nanofiber (CNF)/epoxy composites with their content. Carbon black (CB) was used to compare with CNT and CNF. The fracture of carbon fiber was detected by nondestructive acoustic emission (AE) relating to electrical resistivity for double-matrix composites test. Sensing for fiber tension was performed by electro-pullout test under uniform cyclic strain. The sensitivity for fiber damage such as fiber fracture and fiber tension was the highest for CNT/epoxy composites, and in CB case they were the lowest compared with CNT and CNF. Reinforcing effect of CNT obtained from apparent modulus measurement was the highest in the same content. The results obtained from sensing fiber damage were correlated with the morphological observation of nano-scale structure using FE-SEM. The information on fiber damage and matrix deformation and reinforcing effect of carbon nanocomposites could be obtained from electrical resistivity measurement as a new concept of nondestructive evaluation.
Carbon woven fabric/C/SiC composites were fabricated by multiple impregnations of carbon woven fabric/carbon preform with the polymer precursor of SiC, i.e., polycarbosilane. In addition, two kinds of low density carbon/carbon preforms which had different fiber volume fraction and fiber orientation, i.e., a carbon woven fabric(${\thickapprox}$55 vol%)/carbon and a chopped carbon fiber${\thickapprox}$40 vol%)/carbon composites, were reaction-bonded with a silicon melt at 1$700^{\circ}C$ in a vacuum to fabricate dense carbon fiber/Si/SiC composites. The reaction-bonding process increased the density to ~2.1 g/$cm^3$ from 1.6 g/$cm^3$ and 1.15 g/$cm^3$ of a carbon woven and a chopped carbon preforms, respectively. All of the composites fractured with extensive fiber pull-out. The higher the density the higher the stiffness and proportional limit stress. The mechanical properties obtained from a three-point bend and tension tests were compared. The ratios of the peak tensile stresses to the bending strengths of a carbon woven and a chopped carbon composites were about one-third, respectively. The carbon woven fabric/Si/SiC composites with density of 2.06 g/$cm^3$ showed ~120 MPa of ultimate strength and ~80 MPa of proportional limit in bend testing.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2000.11a
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pp.79-83
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2000
Interfacial and microfailure properties of carbon liber/bismaleimide (BMI) composites were evaluated using both tensile fragmentation and compressive Broutman tests with acoustic emission (AE). Since BMI is rather difficult matrix to apply for the conventional fragmentation test because of its too low elongation and too brittle and high modulus properties, dual matrix composite system was applied. After carbon fiber/BMI composite was prepared for rod shape by controlling differing curing stage, composites rod was embedded in toughened epoxy as outer matrix. The typical microfailure modes including fiber break, matrix cracking, and interlayer failure were observed during tensile testing, whereas the diagonal slippage in fiber ends was observed during compressive test. On the other hand, AE amplitudes of BMI matrix fracture were higher than carbon fiber tincture under tensile test because BMI matrix has very brittle and high modulus. The waveform of signals coming from BMI matrix fractures was consistent with AE amplitude result under tensile tests.
MISTARIHI, QUSAI;UMER, MALIK A.;KIM, JOON HUI;HONG, SOON HYUNG;RYU, HO JIN
Nuclear Engineering and Technology
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v.47
no.5
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pp.617-623
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2015
$ZrO_2$-based composites reinforced with 6.5 vol.% of carbon foam, carbon fiber, and graphite were fabricated using spark plasma sintering, and characterized using scanning electron microscopy and X-ray diffractometry. Their thermal properties were also investigated. The microstructures of the reinforced composites showed that carbon fiber fully reacted with $ZrO_2$, whereas carbon foam and graphite did not. The carbothermal reaction of carbon fiber had a negative effect on the thermal properties of the reinforced $ZrO_2$ composites because of the formation of zirconium oxycarbide. Meanwhile, the addition of carbon foam had a positive effect, increasing the thermal conductivity from 2.86 to $3.38Wm^{-1}K^{-1}$ at $1,100^{\circ}C$. These findings suggest that the homogenous distribution and chemical stability of reinforcement material affect the thermal properties of $ZrO_2$-based composites.
Expanded graphite/carbon fiber hybrid conductive polymer composites were fabricated by the preform molding technique. The conductive fillers were mechanically mixed with a phenol resin to provide an electrical property to composites. The conductive filler loading was fixed at 60wt.% to accomplish a high electrical conductivity. Expanded graphites were excellent in forming a conductive networking by direct contacts between them while it was hard to get the high flexural strength over 40MPa with using only expanded graphite and phenol resin. In this study, carbon fibers were added in composites to compensate the weakened flexural strength. The effect of carbon fibers on the mechanical and electrical properties was examined according to the weight ratio of carbon fiber. As the carbon fiber ratio increased, the flexural strength increased until the carbon fiber ratio of 24wt.%, and then decreased afterward. The electrical conductivity gradually decreased as the increase of the carbon fiber ratio. This was attributed to the non-conducting regions generated among the carbon fibers and the reduction of the direct contact areas between expanded graphites.
The mechanical properties of nano composites were evaluated for structural performance in order to enhance their applicability to the car and machine industrial fields. Carbon fiber reinforced plastics (CFRP) and GFRP were manufactured by vacuum-assisted resin transfer molding (VARTM) process with good mechanical properties. Tensile test was conducted to obtain the process factor of each composite. Also, carbon nano fiber (CNF) was dispersed in the composites and the relationship between the mechanical property and the CNF fraction was compared. The tensile strength and stiffness of 0/90 laminated CFRP were the best. CFRP/CNF (0.5 wt.%) was confirmed to be an excellent material for its elasticity and tensile strength.
Kim, YunHo;Kumar, Sathish;Choi, Chunghyeon;Kim, Chun-Gon;Kim, Sun-Won;Lim, Jae Hyuk
Composites Research
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v.28
no.5
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pp.311-315
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2015
Measuring fiber volume fraction properly is very important in designing composite materials because the fiber volume fraction mainly determines mechanical and thermal properties. Conventional Ignition methods are effective for ceramic fiber reinforcing composite materials. However, these methods are not proper for applying to carbon fiber reinforcing composites because of the venerable characteristic against oxidation of carbon fiber. In the research, fiber volume fraction of carbon fiber composites was obtained by a thermogravimetric analysis considering oxidation characteristic of the carbon fiber and the method was compared and verified with the results from microscopic cross section images.
A manufacturing technology of carbon fiber composites with thermoplastic polymer pellets and continuous woven fiber was investigated using a compression molding process. To secure the impregnation of resin into the porosity of fabric the composite specimens were prepared with general injection-molding grade polypropylene pellets and low viscosity polycarbonate pellets. Tensile tests of polypropylene and polycarbonate composites were performed. Polycarbonate composites showed higher fracture strength than that of polypropylene composites because of the difference of matrix properties. However, the increase rate of strength was lower than that of polypropylene composites due to the difference of coherence between matrix and reinforcement. To investigate the effect of carbon fiber volume fraction on the fracture strength variation polypropylene composites with different volume fraction were compression molded and tensile tests were performed together. It was shown that the fracture strength of the polypropylene composites increased by 3.2, 5.4 and 6.9 times with the increase of carbon fabric volume fraction of 0.256, 0.367, and 0.480, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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