Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.23
no.2
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pp.68-77
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2019
C/SiC composites were developed by a liquid silicon infiltration(LSI) method for use as heat-resistant parts of solid and liquid rocket propulsion engines. The heat resistance characteristics according to the composition ratio (carbon / silicon / silicon carbide) were evaluated by specimen test through arc plasma, supersonic torch test. An ablation equation for oxidation reactions was presented. Through the combustion test it was verified that various parts such as nozzle insert, exit cone and combustion chamber heat resistant parts for rocket propulsion can be manufactured and proved high ablation performance and thermal structure performance.
As the demand for lithium-ion batteries with high capacity and high energy density has rapidly increased, silicon anodes (theoretical capacity = 3,570 mA h g-1) have garnered attention as potential replacements for conventional graphite anodes (theoretical capacity = 372 mA h g-1). However, silicon anodes suffer from severe volume expansion (~360%) during lithiation, low ionic conductivity (10-14 ~ 10-13 cm2 S-1), and low electrical conductivity (10-2 S cm-1), resulting in poor cycling and rate performance. To address these issues, this study synthesized core@shell-structured silicon@carbon nanoparticles (Si@C NPs) via a one-pot spray pyrolysis process using Pluronic-F127. Pluronic-F127 in the spray solution contributes to the synthesis of nanoparticles by preventing the formation of silicon nanoparticle/dextrin agglomerates and by undergoing pyrolysis simultaneously. Additionally, dextrin derived amorphous carbon was coated on the surface of the silicon nanoparticles to act as an electron transport pathway within the anodes and enhance the electrical contact between the silicon nanoparticles. The Si@C NPs exhibited a discharge capacity of 1,912 mA h g-1 after 50 cycles at 1.0 A g-1 and high rate capabilities (discharge capacity of 1,493 mA h g-1 at 3.0 Ag-1). The silicon@carbon composite nanoparticle synthesis strategy based on the spray pyrolysis process presented in this study is expected to offer a new direction for improving the performance of silicon anode materials.
The conversion of all carbon preforms to dense SiC by liquid infiltration can become a low-cost and reliable method to form SiC-Si composites of complex shape and high density. Reactive sintered silicon carbide (RBSC) is prepared by covering Si powder on top of 0.5-5.0 wt% Y2O3-added carbon preforms at 1,450 and 1,500℃ for 2 hours; samples are analyzed to determine densification. Reactive sintering from the Y2O3-free carbon preform causes Si to be pushed to one side and cracking defects occur. However, when prepared from the Y2O3-added carbon preform, an SiC-Si composite in which Si is homogeneously distributed in the SiC matrix without cracking can be produced. Using the Si + C = SiC reaction, 3C and 6H of SiC, crystalline Si, and Y2O3 phases are detected by XRD analysis without the appearance of graphite. As the content of Y2O3 in the carbon preform increases, the prepared RBSC accelerates the SiC conversion reaction, increasing the density and decreasing the pores, resulting in densification. The dense RBSC obtained by reaction sintering at 1,500 ℃ for 2 hours from a carbon preform with 2.0 wt% Y2O3 added has 0.20 % apparent porosity and 96.9 % relative density.
In this research, the mathematical modelling of the pulse-CVI (Chemical Vapor Infiltration) for the preparation of siliconcarbide/carbon composite. Each pulse consists with the gas injection time, the reaction time and the evacuation time. Effects of the reaction time and the evacuation time were studied. Additionally, the effects of the reactant concentration and the pressure were observed. The benefits of the pulse-CVI such as the uniform infiltration of siliconcarbide into the carbon preform and the short reaction time were certified.
Ceramic Matrix Composites (CMCs) represent a class of non-brittle refractory materials for harsh and extreme environments in aerospace and other applications. The quasi-ductility of these structural materials depends on the quality of the interface between the matrix and the fiber surface. In this study, a manufacture route is described where in contrast to most other processes no additional fiber coating is used to adjust the fiber/matrix interfaces in order to obtain damage tolerance and fracture toughness. Adapted microstructures of uncoated carbon fiber preforms were developed to permit the rapid infiltration of molten alloys and the subsequent reaction with the carbon matrix. Furthermore, any direct reaction between the melt and fibers was minimized. Using pure silicon as the reactive melt, C/SiC composites were manufactured with an aim of employing the resulting composite for friction applications. This paper describes the formation of the microstructure inside the C/C preform and resulting C/C-SiC composite, in addition to the MAX phases.
In this study, the electrochemical characteristics of porous silicon/carbon composite anode were investigated to improve the cycle stability and rate performance in lithium ion batteries. In this study, the effect of TEOS and $NH_3$ concentration, mixing speed and temperature on particle size of nano silica was investigated using $St{\ddot{o}}ber$ method. Nano porous Si/C composites were prepared by the fabrication processes including the synthesis of nano $SiO_2$, magnesiothermic reduction of nano $SiO_2$ to obtain nano porous Si by HCl etching, and carbonization of phenolic resin. Also the electrochemical performances of nano porous Si/C composites as the anode were performed by constant current charge/discharge test, cyclic voltammetry and impedance tests in the electrolyte of $LiPF_6$ dissolved inorganic solvents (EC:DMC:EMC=1:1:1vol%). It is found that the coin cell using nano porous Si/C composite has the capacity of 2,006 mAh/g and the capacity retention ratio was 55.4% after 40 cycle.
Two metal cored composite wires were manufactured to satisfy AWS F7A4-EC-G specification. They were used to weld EH36 grade steels with three different fluxes. Variation of carbon, manganese, silicon, titanium, and boron contents which affect the weld metal strength in weld metal was investigated.
The pack-cementation process is the method which is formed SiC coating layer to improve weak oxidation properties of CFRCs (carbon fiber-reinforced carbons). This method develops the anti-oxidation coating layer having no dimensional changes and good wetting properties. In this study to improve the oxidative resistance of the prepared 4D CFRCs, the surface of CFRCs is coated by SiC using pack cementation method. The mechanical properties of SiC-coated 4D CFRCs are measured by the 3-point bending test, and their ablation properties are investigated by the arc torch plasma test. From the results, it is found that both mechanical and ablation properties of SiC-coated 4D CFRCs are much better than bare CFRCs.
Reaction bonded si-SiC composites were prepared by silicon infiltration technique at temperature of 1$600^{\circ}C$ for 30 minutes in vaccum atmosphere. The microstructure and mechanical properties of Si-SiC composites were investigated and characterized. UF-15 and SE-10 as SiC powders, phenolic resin and carbon black as carbon source, and metallic silicon powder as molten Si source were used as starting materials. New SiC crystallines nucleatd and grown by reaction of Si and C were detected by TEM and SEM-EDS. The bonding between new and original SiC was found to be strong. But the wetting of SiC by unreacted metallic Si and the rapid grain growth of new SiC decreased density and fracture toughness. Fracture toughness and modulus of rupture of Si-SiC composite were about 3.2 MPa.m1/2 and 480 MPa, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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