탄소나노튜브의 함침 또는 즉석성장을 통한 탄소나노튜브 강화 탄소/탄소 복합재료의 제조 Preparation of carbon nanotube (CNT) reinforced carbon/carbon composites by impregnation or in-situ growth method.원문보기
탄소/탄소 복합재료는 고온에서 지속적 열안정성을 갖고 있는 첨단 신소재이며 우주, 항공 및 방위 산업에 사용되고 있다. 특히, 우수한 마찰, 마모 및 열 충격 안정성으로 1970 년대부터 전투기나 대형 여객기의 브레이크 디스크로 활용되고 있다.
본 연구의 목적은 함침방법이나 즉석성장 방법을 통하여 3D 프리폼을 이용하여 탄소나노튜브가 보강된 탄소/탄소 복합재료를 제조하고 특성평가하는 것이다. 최근 주목받고 있는 고기능성 탄소나노튜브를 탄소/탄소 복합재료에 첫째, 함침시키거나 둘째, 열구배 화학기상증착 (TG-CVD)을 통하여 복합재료 내부에 즉석으로 성장시키거나 두 가지 방법을 시도하였고 그 제조공정 조건을 조사하였으며 제조한 복합 재료의 특성을 평가하였다.
첫째 함침법으로는 ...
탄소/탄소 복합재료는 고온에서 지속적 열안정성을 갖고 있는 첨단 신소재이며 우주, 항공 및 방위 산업에 사용되고 있다. 특히, 우수한 마찰, 마모 및 열 충격 안정성으로 1970 년대부터 전투기나 대형 여객기의 브레이크 디스크로 활용되고 있다.
본 연구의 목적은 함침방법이나 즉석성장 방법을 통하여 3D 프리폼을 이용하여 탄소나노튜브가 보강된 탄소/탄소 복합재료를 제조하고 특성평가하는 것이다. 최근 주목받고 있는 고기능성 탄소나노튜브를 탄소/탄소 복합재료에 첫째, 함침시키거나 둘째, 열구배 화학기상증착 (TG-CVD)을 통하여 복합재료 내부에 즉석으로 성장시키거나 두 가지 방법을 시도하였고 그 제조공정 조건을 조사하였으며 제조한 복합 재료의 특성을 평가하였다.
첫째 함침법으로는 탄소섬유 프리폼 또는 기공을 갖고 있는 탄소/탄소 복합재료에 탄소나노튜브를 분산시킨 에폭시 수지를 함침하는 방법을 사용하였다. 그 결과, 함침공정으로 제조한 탄소나노튜브 탄소/탄소 복합재료의 열전도도는 함침전보다 25% 증가하였다. 특히, 탄소나노튜브를 1.0 % 포함하는 탄소/탄소 복합재료가 가장 높은 열전도도 값을 나타내었다.
둘째, 즉석성장법은 탄소섬유 프리폼을 니켈, 철, 또는 크롬의 세 가지 촉매로 전 처리한 후 화학기상증착하는 방식을 사용하였다. 그 결과, 니켈 화합물이 가장 우수한 것으로 나타났다. 복합재료 내부에 탄소섬유 주변에 열분해탄소가 증착되었으며, 탄소나노튜브가 탄소섬유 및 탄소기지의 표면에 성장한 것이 관찰되었다. 본 연구로 개발한 CNT 즉석성장법은 복합재료의 증착공정 중에 즉석으로 간단히 공정조건만을 변화시킴으로써 탄소/탄소 복합재료 내부에 탄소나노튜브를 성장시킬 수 있다는 점에서 큰 의미가 있을 것이다.
탄소/탄소 복합재료는 고온에서 지속적 열안정성을 갖고 있는 첨단 신소재이며 우주, 항공 및 방위 산업에 사용되고 있다. 특히, 우수한 마찰, 마모 및 열 충격 안정성으로 1970 년대부터 전투기나 대형 여객기의 브레이크 디스크로 활용되고 있다.
본 연구의 목적은 함침방법이나 즉석성장 방법을 통하여 3D 프리폼을 이용하여 탄소나노튜브가 보강된 탄소/탄소 복합재료를 제조하고 특성평가하는 것이다. 최근 주목받고 있는 고기능성 탄소나노튜브를 탄소/탄소 복합재료에 첫째, 함침시키거나 둘째, 열구배 화학기상증착 (TG-CVD)을 통하여 복합재료 내부에 즉석으로 성장시키거나 두 가지 방법을 시도하였고 그 제조공정 조건을 조사하였으며 제조한 복합 재료의 특성을 평가하였다.
첫째 함침법으로는 탄소섬유 프리폼 또는 기공을 갖고 있는 탄소/탄소 복합재료에 탄소나노튜브를 분산시킨 에폭시 수지를 함침하는 방법을 사용하였다. 그 결과, 함침공정으로 제조한 탄소나노튜브 탄소/탄소 복합재료의 열전도도는 함침전보다 25% 증가하였다. 특히, 탄소나노튜브를 1.0 % 포함하는 탄소/탄소 복합재료가 가장 높은 열전도도 값을 나타내었다.
둘째, 즉석성장법은 탄소섬유 프리폼을 니켈, 철, 또는 크롬의 세 가지 촉매로 전 처리한 후 화학기상증착하는 방식을 사용하였다. 그 결과, 니켈 화합물이 가장 우수한 것으로 나타났다. 복합재료 내부에 탄소섬유 주변에 열분해탄소가 증착되었으며, 탄소나노튜브가 탄소섬유 및 탄소기지의 표면에 성장한 것이 관찰되었다. 본 연구로 개발한 CNT 즉석성장법은 복합재료의 증착공정 중에 즉석으로 간단히 공정조건만을 변화시킴으로써 탄소/탄소 복합재료 내부에 탄소나노튜브를 성장시킬 수 있다는 점에서 큰 의미가 있을 것이다.
Carbon/carbon(C/C) composites as a new essential material in the field of high-technology industries require durable heat-resistance at high temperature. It has been used in space, aeronautic and defense fields. In particular, this material has excellent properties in friction, abrasion and thermal ...
Carbon/carbon(C/C) composites as a new essential material in the field of high-technology industries require durable heat-resistance at high temperature. It has been used in space, aeronautic and defense fields. In particular, this material has excellent properties in friction, abrasion and thermal shock resistance and therefore it had been used for carbon brakes of fighters, large passenger planes, etc. since 1970's.
The purpose of this study was to fabricate the carbon nanotube(CNT) reinforced C/C composites by impregnation or in-situ deposition of carbon nanotubes inside three dimensional (3D) preform for the improvement of thermal properties and characterize them. CNT reinforced C-C composites were prepared by the immersion of CNT in the C/C composites and in situ deposition of CNT using catalyst in the TG-CVI (Thermal Gradient Chemical Vapor Deposition) process. For making CNT reinforced C/C composites using impregnation process, CNT and epoxy resin were immersed in 3D preform and C/C composites with different densities. The thermal conductivity of all specimens was found increased after impregnation of CNT. Especially, in case of 1.0 wt%, the amount of increment of thermal conductivity was the highest.
For in-situ deposition of carbon nanotubes, three kinds of catalysts were used. The Ni compound showed good catalytic efficiency for manufacturing CNT reinforced C/C composites. Pyrolitic carbon was deposited around the carbon fibers in the 3D preform, and also the CNT on the carbon fiber and matrix surface. The long CNT was 25～50 ㎚ in diameter and several ㎜ in length, and the short CNT was under 10 ㎚ in diameter and several ㎛ in length.
The present study showed that C-C composites with nano scale fillers such as CNT had superior thermal properties and in situ CNT deposition method turned out to be very efficient way to make CNT reinforced C-C composites.
Carbon/carbon(C/C) composites as a new essential material in the field of high-technology industries require durable heat-resistance at high temperature. It has been used in space, aeronautic and defense fields. In particular, this material has excellent properties in friction, abrasion and thermal shock resistance and therefore it had been used for carbon brakes of fighters, large passenger planes, etc. since 1970's.
The purpose of this study was to fabricate the carbon nanotube(CNT) reinforced C/C composites by impregnation or in-situ deposition of carbon nanotubes inside three dimensional (3D) preform for the improvement of thermal properties and characterize them. CNT reinforced C-C composites were prepared by the immersion of CNT in the C/C composites and in situ deposition of CNT using catalyst in the TG-CVI (Thermal Gradient Chemical Vapor Deposition) process. For making CNT reinforced C/C composites using impregnation process, CNT and epoxy resin were immersed in 3D preform and C/C composites with different densities. The thermal conductivity of all specimens was found increased after impregnation of CNT. Especially, in case of 1.0 wt%, the amount of increment of thermal conductivity was the highest.
For in-situ deposition of carbon nanotubes, three kinds of catalysts were used. The Ni compound showed good catalytic efficiency for manufacturing CNT reinforced C/C composites. Pyrolitic carbon was deposited around the carbon fibers in the 3D preform, and also the CNT on the carbon fiber and matrix surface. The long CNT was 25～50 ㎚ in diameter and several ㎜ in length, and the short CNT was under 10 ㎚ in diameter and several ㎛ in length.
The present study showed that C-C composites with nano scale fillers such as CNT had superior thermal properties and in situ CNT deposition method turned out to be very efficient way to make CNT reinforced C-C composites.
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