Recently, continuous fiber reinforced ceramic composite(CFCC) has attracted attention to a number of engineers because of its significant benefit for several industrial area. This work was conducted to provide a basic characteristic of CFCC for tensile loading condition. The numerical analysis by general purpose finite element program was accomplished and compared with an experimental tensile test. The stress strain curves were expressed well by the numerical analysis and the first matrix cracking stress was in accordance with that of the experimental result. Moreover, fracture pattern was shown by kill command graphically.
Continuous fiber ceramic composites (CFCCs) have advantages over monolithic ceramics : Silicon Nitride composites are not well used for application because of their low fracture toughness and fracture strength, but CFCCs exhibit increased toughness for damage tolerance, and relatively high stiffness in spite of low specific weight. Thus it is important to characterize the fracture resistance and properties of new CFCCs materials. Tensile and flexural tests were carried out for mechanical properties and the fracture resistance behavior of a SCS6 fiber reinforced Si$_3$N$_4$ matrix CFCC was evaluated. The results indicated that CFCC composite exhibit a rising R curve behavior in flexural test. The fracture toughness was about 4.8 MPa$.$m$\^$1/2 , which resulted in a higher value of the fracture toughness because of fiber bridging. Mechanical properties as like the elastic modulus, proportional limit and the ultimate strength in a flexural test are greater than those in a tensile test. Also a numerical modeling of failure process was accomplished for a flexural test. This numerical results provided a good simulation of the cumulative fracture process of the fiber and matrix in CFCCs.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2006.11a
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pp.5-13
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2006
Based on the inventions of continuous ceramic fibers, such as C, SiC, $Al_2O_3$ etc., by polymer precursor driven methods, there have been many efforts to fabricate ceramic continuous fiber reinforced composite materials with metals and ceramics matrices. The main purpose of the R & D efforts has been to produce materials for severe environments, including advanced energy systems, advanced transportation systems. The efforts have been started from the R & D of metal matrix composite materials and now the strong emphasis on ceramic matrix composites R & D can be recognized. This paper provides a brief review about the national efforts to establish advanced composite materials for future industries starting from mid 70s. C/Al and SiC/Al are the typical examples to be applied transportation systems and energy systems. The excellences in specific strength and overall mechanical properties, the excellences in environmental resistance make those materials as potential materials for advanced ocean construction and marine transportation systems. About the recent progress in ceramic fiber reinforced ceramic composites, advanced SiC/SiC composites including NITE-SiC/SiC will be introduced and the present status will be introduced.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.7
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pp.1730-1737
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1994
Theoretical equations for an influence of fiber breaks on the frictional heating phenomenon in a uniaxially fiber-reinforced ceramic matrix composite are formulated. The microslip and gross slip phases are considered for deriving the equations. During a complete loading/unloading cycle, the work done against friction is derived. In order to estimate interfacial shear in a unidirectionally reinforced ceramic matrix composite which has fiber fractures as well as matrix cracks, parametric studies using the derived equations are done. In a case of less than 10% fiber fractures, additional frictional work due to fiber breaks can be neglected compared to the rest.
In this article, the present activities regarding research and development of continuous SiC fiber reinforced ceramic matrix composites (CFCC) in Japan are reviewed. The key technologies in SiC fiber composites are interphase between fiber and matrix and its oxidation resistance. To improve oxidation resistance of interphase, various kinds of technologies such as environment barrier coating, high dense matrix, unti-oxidation matrix, multi-layered intephase have been developed. It is suggested that high performance, affordable processing cost, and excellent reliability will be important factors to be in practical use of CMCs in future.
Kim, Ha-Neul;Kim, Dong-Jun;Kang, Eul-Son;Kim, Do-Kyung
Korean Journal of Materials Research
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v.19
no.7
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pp.391-396
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2009
2-dimensional silica-silica Continuous Fiber-reinforced Ceramic.matrix Composites (CFCCs) were fabricated by a sol-gel infilitration method that has a changing processing condition, such as the repetitions of infilitration. In order to investigate the relationship between the processing condition and the mechanical properties of composites, the mechanical properties of specimens were measured by means of a 4-point flexural strength test while the evidence of strength degradation were microstructurally characterized. There seemed to be a minimum density value that existed at which the delamination between the fabrics would not occur. In the case that the density of silica CFCCs exceeded 1.55 g/$cm^3$, the flexural strength also exceeded approximately 18 MPa at least. By applying the Minimum Solid Area (MSA) analysis of the porous structure, the correlation between the relative density and the mechanical properties of composites will be discussed.
Continuous SiC fiber-reinforced SiC-matrix composites ($SiC_f$/SiC) had been fabricated by electrophoretic infiltration combined with ultrasonication. Nano-sized ${\beta}$-SiC added with 12 wt% of $Al_2O_3-Y_2O_3$ additive and Tyranno$^{TM}$-SA3 fabric were used as a matrix phase and fiber reinforcement, respectively. After hot pressing at 5 different conditions, the density, microstructure and mechanical properties of $SiC_f$/SiC were characterized. Hot pressing at relatively severe conditions, such as $1750^{\circ}C$ for 1 and 2 h, resulted in a brittle fracture behavior due to the strong fiber-matrix interface in spite of their high flexural strength. On the other hand, toughened $SiC_f$/SiC composite could be achieved by hot pressing at milder condition because of the formation of weak interface in spite of the decreased flexural strength. These results proposed the importance of weak fiber-matrix interface in the fabrication of ductile $SiC_f$/SiC composite.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.34
no.2
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pp.90-98
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2021
Piezoelectric ceramic fiber composite (PCFC) was fabricated using a planar electrode printed piezoelectric ceramic fiber driven in transverse mode for small-scale wind energy harvester applications. The PCFC consisted of an epoxy matrix material and piezoelectric ceramic fibers sandwiched by interdigitated electrode (IDE) patterned polyimide films. The PCFC showed an excellent mechanical performance under a continuous stress. For the fabrication of PCB cantilever harvester, five -PCFCs were vertically attached onto a flexible printed circuit board (PCB) substrate, and then PCFCs were serially connected through a printed Cu circuit. The energy harvesting performance was evaluated applying an inverted structure, which imples its free leading edge located at an open end but the trailing edge at a clamped end, to enhance strain energy in a wind tunnel. The output voltage of the PCB cantilever harvester was increased as the wind speed increased. The maximum output power was 17.2 ㎼ at a resistance load of 200 ㏀ and wind speed of 9 m/s. It is considered that the PCB cantilever energy harvester reveals a potential use for wind energy harvester applications.
In order to increase the wettability between ceramic fiber and metal matrix, ceramic fibers are generally coated with metal. In this paper, we examined how the nickel layers coated on continuous graphite fiber to increase the wettability are affected with variation applied pressure. In order to examine the behavior of nickel layer with variation of applied pressure, microstructure and nickel mapping of composites were investigated with SEM, and tensile properties of the composite were tested with UTM. As the applied pressure increases, nickel layers were resolved into the aluminum matrix and ultimate tensile strength of the composite decreased.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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