SiC/SiCf CMC is vulnerable to water vapor corrosion at a high temperature of 1500℃. So, EBC (Environmental Barrier Coating) materials are required to protect Si-based CMCs. Ytterbium silicates are reported to have coefficient of thermal expansion (CTE) similar to that of the base material, such as SiC/SiCf CMC. When the EBC are materials exposed to high temperature environment, the interface between ytterbium silicates and SiC/SiCf CMC is not separated, and the coating purpose can be safely achieved. For the perspective of EBC applications, thermally grown oxide (TGO) layer with different CTE is formed by the reaction with water vapor in EBC, which leads to a decrease in life time. In this study, we prepare two types of ytterbium silicates to observe the corrosion behavior during the expose to high temperature and water vapor. In order to observe this behavior, the steam-jet furnace is prepared. In addition, phase formation of these ytterbium silicates is analyzed with microstructures by the before/after steam-jet evaluation at 1500℃ for 100 h.
A pure hafnium-carbide (HfC) coating layer was deposited onto carbon/carbon (C.C) composites using a vacuum plasma spray system. By adopting a SiC buffer layer, we successfully integrated C.C composites with a $100-{\mu}m-thick$ protective coating layer of HfC. Compared to the conventional chemical vapor deposition process, the HfC coating process by VPS showed increased growth rate, thickness, and hardness. The growth behavior and morphology of HfC coatings were investigated by FE-SEM, EDX, and XRD. From these results, it was shown that the addition of a SiC intermediate layer provided optimal surface conditions during the VPS procedure to enhance adhesion between C.C and HfC (without delamination). The thermal ablation test results shows that the HfC coating layer perfectly protected inner C.C layer from thermal ablation and oxidation. Consequently, we expect that this ultra-high temperature ceramic coating method, and the subsequent microstructure that it creates, can be widely applied to improve the thermal shock and oxidation resistance of materials under ultra-high temperature environments.
The effect of the alloy elements(Si/Mn) ratio on the coating quality including wettabilty with molten zinc, galvannealing kinetics and crater has been investigated in interstitial-free high strength steel(IFHSS) containing Si and Mn. When the Si/Mn ratio was below 0.75, IF-HSS exhibited a good wettability leading to a good galvannealed coating quality after annealing at $800^{\circ}C$ for 40s in $15%H_2-N_2$ mixed gas with dew point $-60^{\circ}C$. In contrast, the wettability and galvannealed coating quality were deteriorated in the Si/ Mn ratio above 0.75. It is shown that they have relevance to oxides forms by selective oxidation on the steel surface. The oxide particles dispersed on the steel surface with a surface coverage of below 40% resulted in good wettability and galvannealed coating quality. The oxide particle is mainly consisted of $Mn_2SiO_4$ with low contact angle in molten zinc. On the other hand, the continuous oxide layer on the steel surface, such as network- and film-type,caused to poor wettability and galvannealed coating quality. The coverage of oxide layer was above 80%, and its chemical species was $SiO_2$ with high contact angle in molten zinc. Consequently, the Si/Mn alloy ratio played an importance role in galvannealed coating quality of IF-HSS.
The application of Carbon and graphite based materials in unprotected environment is limited to a temperature of $450^{\circ}C$ or so because of their susceptibility to oxidation at this temperature and higher. To over come these obstacles a low cost chemical vapour reaction process (CVR) was developed to give crystalline and high purity SiC coating on graphite and isotropic C/C composite. CVR is most effective carbothermal reduction method for conversation of a few micron of carbon layer to SiC. In the CVR method, a sic conversation layer is formed by reaction between carbon and gaseous reagent silicon monoxide at high temperature. Characterization of SiC coating was carried out using SEM. The other properties studied were hardness density and conversion efficiency.
Kim, Myung-Chan;Heo, Cheol-Ho;Park, Jin-Hyo;Park, Seung-Jun;Han, Jeon-Geon
한국진공학회:학술대회논문집
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한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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pp.122-122
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1999
Graphite with its advantages of high thermal conductivity, low thermal expansion coefficient, and low elasticity, has been widely used as a structural material for high temperature. However, graphite can easily react with oxygen at even low temperature as 40$0^{\circ}C$, resulting in CO2 formation. In order to apply the graphite to high temperature structural material, therefore, it is necessary to improve its oxidation resistive property. Silicon Carbide (SiC) is a semiconductor material for high-temperature, radiation-resistant, and high power/high frequency electronic devices due to its excellent properties. Conventional chemical vapor deposited SiC films has also been widely used as a coating materials for structural applications because of its outstanding properties such as high thermal conductivity, high microhardness, good chemical resistant for oxidation. Therefore, SiC with similar thermal expansion coefficient as graphite is recently considered to be a g행 candidate material for protective coating operating at high temperature, corrosive, and high-wear environments. Due to large lattice mismatch (~50%), however, it was very difficult to grow thick SiC layer on graphite surface. In theis study, we have deposited thick SiC thin films on graphite substrates at temperature range of 700-85$0^{\circ}C$ using single molecular precursors by both thermal MOCVD and PEMOCVD methods for oxidation protection wear and tribological coating . Two organosilicon compounds such as diethylmethylsilane (EDMS), (Et)2SiH(CH3), and hexamethyldisilane (HMDS),(CH3)Si-Si(CH3)3, were utilized as single source precursors, and hydrogen and Ar were used as a bubbler and carrier gas. Polycrystalline cubic SiC protective layers in [110] direction were successfully grown on graphite substrates at temperature as low as 80$0^{\circ}C$ from HMDS by PEMOCVD. In the case of thermal MOCVD, on the other hand, only amorphous SiC layers were obtained with either HMDS or DMS at 85$0^{\circ}C$. We compared the difference of crystal quality and physical properties of the PEMOCVD was highly effective process in improving the characteristics of the a SiC protective layers grown by thermal MOCVD and PEMOCVD method and confirmed that PEMOCVD was highly effective process in improving the characteristics of the SiC layer properties compared to those grown by thermal MOCVD. The as-grown samples were characterized in situ with OES and RGA and ex situ with XRD, XPS, and SEM. The mechanical and oxidation-resistant properties have been checked. The optimum SiC film was obtained at 85$0^{\circ}C$ and RF power of 200W. The maximum deposition rate and microhardness are 2$mu extrm{m}$/h and 4,336kg/mm2 Hv, respectively. The hardness was strongly influenced with the stoichiometry of SiC protective layers.
Anti-oxidation coatings are the key technique for carbon/carbon (C/C) composites used as the thermal structural materials. The microstructure and oxidation behavior of several kinds of high-performance ceramic coatings for C/C composites prepared in Northwestern Polytechnical University were introduced in this paper. It showed that the ceramic coatings such as SiC, Si-$MoSi_2$, SiC-$MoSi_2$, $Al_2O_3$-mullite-SiC and SiC/yttrium silicate/glass coatings possessed excellent oxidation resistance at high temperatures, and some of these coatings were characterized with excellent thermal shock resistance. The SiC-$MoSi_2$ coating system has the best oxidation protective property, which can effectively protect C/C composites from oxidation up to 1973 K. In addition, the protection and failure reasons of some coatings at high temperature were also provided.
This study aimed to theoretical calculate the thermal residual stress in continuous SiC fiber reinforced titanium matrix composites. The analytical solution of residual stress field distribution was obtained by using coaxial cylinder model, and the numerical solution was obtained by using finite element model (FEM). Both of the above models were compared and the thermal residual stress was analyzed in the axial, hoop, radial direction. The results indicated that both the two models were feasible to theoretical calculate the thermal residual stress in continuous SiC fiber reinforced titanium matrix composites, because the deviations between the theoretical calculation results and the test results were less than 8%. In the titanium matrix composites, along with the increment of the SiC fiber volume fraction, the longitudinal property was improved, while the equivalent residual stress was not significantly changed, keeping the intensity around 600 MPa. There was a pronounced reduction of the radial residual stress in the titanium matrix composites when there was carbon coating on the surface of the SiC fiber, because carbon coating could effectively reduce the coefficient of thermal expansion mismatch between the fiber and the titanium matrix, meanwhile, the consumption of carbon coating could protect SiC fibers effectively, so as to ensure the high-performance of the composites. The support of design and optimization of composites was provided though theoretical calculation and analysis of residual stress.
A356 Al composites reinforced by short carbon fiber were prepared through the 2-step process: fabrication of a composite precursor and ultrasonication of the precursor melt. The short carbon fibers were coated with 0.15~1.5 ㎛ thick SiC layer by a carbothermal reaction, and an amount of the carbon fiber reinforcement was determined to be 1.5 vol.% and 4.0 vol.%, respectively. The addition of the carbon fiber increased the hardness of A356 alloy. However, tensile strength did not increase in the as-cast composites regardless of the SiC coating and volume fraction of the carbon fiber, due to the debonding which reduced load transfer efficiency from matrix to fiber at the interface. After T6-treatment of the composites, a significant increase in strength occurred only in the composite reinforced by the SiC-coated short carbon fiber, which was considered to result from the formation of a precipitate improving the Al/SiC interfacial strength.
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.
Wear and Friction characteristics of plasma-sprayed Cr$_2$O$_3$ coating and Cr$_2$O$_3$ coating included SiO$_2$ and TiO$_2$ against SiC ball have been investigated under different loads. Worn surfaces were observed by SEM and worn surfaces were analyzed by EDS. The Friction coefficient and the Wear resistance of Cr$_2$O$_3$-5SiO$_2$-3TiO$_2$coating was less than that of Cr$_2$O$_3$ coating. The main mechanisms were plastic deformation and brittle fracture. The film on surface were made by plastic deformation and compacted wear debris. This film protect wear of coating
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[게시일 2004년 10월 1일]
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