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NTIS 바로가기한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, v.14 no.5 = no.60, 2010년, pp.32 - 44
A two-dimensional thermal response and ablation analysis code for predicting charring material ablation and shape change on solid rocket nozzle is presented. The thermogravimetric analysis (TGA) techniques have been used to characterize the thermal decomposition constants for Arrhenius parameters. T...
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핵심어 | 질문 | 논문에서 추출한 답변 |
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열차폐 물질의 분해 및 삭마 반응 기구에 대한 관심은 어디에서 비롯되는가? | 열차폐 물질의 분해 및 삭마 반응 기구에 관한 관심은 60년대에 우주발사체 기술로 대표되는 항공우주공학에서 비롯된다. 특히, 미국과 러시아로 양분되어온 우주 과학 기술은 당시에 존재했던 탄소계 및 유리계 복합재료의 분해 기구를 정립하기 위하여 많은 실험이 진행되었다. | |
열중량법에 의한 열분석 방법은 무엇을 어떻게 기록한 것인가? | 반응속도 상수를 찾기 위한 이론 및 실험식은 대부분이 Arrhenius 식에 근거한 변형된 식을 이용해 오고 있으며 사용되는 기기 및 방법은 열중량분석기 (Thermal Gravimetry Analyzer)에 의한 열분석 방법을 이용해 오고 있다[4]. 열중량법에 의한 열분석 방법은 시료의 중량 변화를 온도 및 시간의 함수로써 기록한 것이다. 본 연구는 TGA 장비를 이용하여 탄소/페놀릭 복합재료의 열분해로 인한 숯 형성 반응을 불활성 분위기에서 가열 속도를 변화 시켜 얻은 열중량 곡선으로부터 열분해 현상과 분해 반응 특성 값을 구하였다[4,5]. | |
내열 복합재료가 고온, 고압의 연소가스에 노출될 때 일어나는 열분해 현상으로는 어떤 일들이 일어나는가? | 내열 복합재료가 고온, 고압의 연소가스에 노출될 때 일어나는 열분해 현상은 복잡한 반응 기구를 나타낸다. 반응 초기엔 재료내부의 열전도에 의해 온도가 상승하고 작은 부피 팽창을 하게 된다. 재료 내부에 존재하는 수분과 완전히 경화되지 않은 물질의 확산 및 증발이 일어난다. 온도가 600K 이상이 되면 열분해 반응은 재료 내부의 압력증가 및 열전도도 감소를 일으키는 분해가스를 발생시키며 내열재 표면에 결함을 일으키는 원인이 되기도 한다. 분해가스는 외부에 숯 층이 형성되면, 숯 층의 높은 온도 때문에 탄소 증착이 이루어지며 숯 층은 열전도도 와 밀도가 증가하게 된다. 또한 크랙킹(cracking)에 의한 분해 반응이 일어나며 숯 층의 온도 상태에 따라서 H2, CO, CH 등 저분자 물질로 분해가 일어난다. Glass계열 복합재료인 경우에는 1000K 부근부터 액체상태의 SiO2는 탄화가스 (CO, CO2)등과 반응을 하여 유입되는 열에너지를 흡수한다. 이 반응은 전체 화학반응에 의한 열에너지 흡수 중에서 약 70%이상을 차지하게 된다. 2000K 이상에서는 증발이 주요 분해반응이며 탄소성 복합재료는 산소 성분 화합물의 확산에 의한 화학적 삭마 반응이 반응 기구를 결정한다. 숯 층의 삭마는 산화에 의한 침식 및 기계적 요인으로 인한 강도저하로 원재료로부터 떨어져 나가는 과정을 겪는다 (Fig. 1). |
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