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SiC 세라믹 하니컴 담체의 탄성 물성치 평가
Estimation on Elastic Properties of SiC Ceramic Honeycomb Substrate 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.14 no.12, 2013년, pp.6106 - 6113  

조석수 (강원대학교 자동차공학과)

초록
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가솔린 엔진 차량용 삼원촉매담체는 주로 코제라이트 세라믹으로 제작되는 다공성 부품으로 엔진의 혼합기가 농후한 경우 삼원촉매의 열적 내구성이 급격히 떨어져 설계 내구 수명을 제대로 만족시키지 못하고 있다. 따라서 본 연구에서는 SiC 세라믹 촉매 담체의 내구성 평가에 사용할 기계적 물성치를 유한요소해석으로 구하기 위하여 등가물성평가방법을 이용하여 SiC 세라믹 하니컴 담체의 기계적 물성치를 유한요소해석용 시험편으로 구하였다. MOR과 탄성계수는 코제라이트 세라믹 하니컴 담체에 비하여 SiC 세라믹 하니컴 담체가 최소 2배와 9.3배 정도 크게 평가되고 있어 SiC 세라믹 하니컴 담체는 코제라이트 세라믹 하니컴 담체에 비하여 높은 구조 강도를 가지고 있다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Automotive three-way catalyst substrate has a cordierite ceramic honeycomb structure. The substrate in the high engine speed range doesn't satisfy the design fatigue life due to the low mechanical properties of cordierite ceramic. SiC ceramic has higher mechanical properties than cordierite ceramic....

주제어

#Cordierite Ceramic   #Honeycomb Structure   #MOR(Modulus of rupture)   #SiC Ceramic   #Three-way Catalyst Substrate  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 Cho등[5]이 제안한 방법을 이용하여 SiC 세라믹 재료의 물성치를 기초로 SiC 세라믹 하니컴 담체의 기계적 물성치를 유한요소해석용 시험편으로 구하여 SiC 세라믹 하니컴 담체의 구조 및 피로 해석의 기초 물성치 자료로 활용하고자 한다.

가설 설정

  • 2는 세라믹 하니컴 담체의 물리적 물성치를 구하기 위한 담체의 원통 좌표계와 이의 유한요소해석 시험 편 채취방향을 나타낸 것이다. 일반적으로 세라믹 사출성형품의 반경방향과 접선방향의 기계적 특성은 동일한 것으로 평가되고 있어 반경방향과 접선방향의 기계적 물성치는 동일한 것으로 가정하였다. 따라서 세라믹 담체의 기계적 물성치는 반경방향과 축방향만 고려하여 유한요소해석용 시험편을 모델링하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
공업용구조세라믹의 종류는 무엇인가? 공업용구조세라믹으로는 코제라이트, 실리콘 니트라이트, 알루미나, 탄화규소(SiC((Silicon carbide)), 지르코니아등이 있으며 내열성, 비강도, 가격등의 측면에서 SiC가 차세대 세라믹 하니컴 담체 재료로서 주목을 받고 있다.[2] 그러나 기존의 재료 데이터베이스에 의하면 SiC는 세라믹 하니컴 담체 재료 자체로서의 물성치가 기존의 코제라이트 세라믹 하니컴 담체 재료 자체로서의 물성치에 비해 우수할지더라도 SiC 세라믹 하니컴 담체로서의 물성치가 기존의 코제라이트 세라믹 하니컴 담체의 물성 치에 비하여 얼마만큼 더 우수한가를 평가할 수 없다.
삼원촉매변환기용 SiC 세라믹 하니컴 담체가 코제라이트 세라믹 하니컴 담체보다 우수한 점은 무엇인가? (3) SiC 세라믹 하니컴 담체는 코제라이트 세라믹 하니컴 담체에 비하여 파단계수와 탄성계수가 상대적으로 매우 높아 SiC 세라믹 하니컴 담체의 구조 성능이 코제라이트 세라믹 하니컴 담체의 구조 성능에 비하여 매우 우수할 것으로 생각된다.
코제라이트 세라믹 하니컴 담체의 단점은 무엇인가? 가솔린 차량의 배기가스정화촉매에 적용되고 있는 삼원촉매는 주로 코제라이트 세라믹으로 제작되는 다공성 부품이다. 그러나 코제라이트 세라믹 하니컴 담체는 열적 충격온도가 낮아 엔진의 혼합기가 농후한 경우 삼원촉매담체의 열적 내구성이 급격히 떨어져 설계 내구 수명을 제대로 만족시키지 못하는 차량이 급격히 증가하고 있다. 특히, 2007년 일부 차종에 대한 배기가스 정밀검사 결과에서 24.
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참고문헌 (11)

  1. Kwang Jae Lee, 25% of Passenger Vehicles Failed to Pass Exhaust Gas Inspection in 2012, The Environmental Industry Weekly, 2007, Available From: http://envinews.co.kr/Article.do?seq3, c2010[cited 2010 Oct.20]. 

  2. D. W. Lee and S. S. Cho, "Premature Failure Prevention Design of Three-way Catalyst Substrate using DOE", Journal of the KSPE, Vol.27, No.7, pp. 101-108, 2011. 

  3. Matweb, Silicon Carbide(Alpha SiC), MatWeb.com, 2010, Available from: http://www.matweb.com/search /Data Sheet.aspx?MatGUIDdd2598e783ba4457845586 b58c8ea9fb, c2010[cited 2010 Oct.20]. 

  4. Torquato, S., Gibiansky, L. V., Silva, M. J. and Gibson, L. J., "Effective Mechanical and Transport Properties of Cellular Solids", Int. J. Mech. Sci., Vol. 40, No.1, pp. 71-82, 1998. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0020-7403(97)00031-3 

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  5. S. H. Baek, and S. S. Cho, "An Effective Approach of equivalent Elastic Method for Three-Dimensional Finite Element Analysis of Ceramic Honeycomb Substrates", Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A, Vol. 35, No. 3, pp. 223-233, 2011. DOI: http://dx.doi.org/10.3795/KSME-A.2011.35.3.223 

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  6. O'Connor, D. J., "A Comparison of Test Method for Shear Properties of the Cores of Sandwich Constructions", Journal of Testing and Evaluation, Vol. 17, No. 4, pp. 241-246, 1989. DOI: http://dx.doi.org/10.1520/JTE11121J 

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  7. Nordstrand, T. M. and Carlsson, L. A., "Evaluation of Transverse Shear Stiffness of Structural Core Sandwich Plates", Composite Structures, Vol. 37, pp. 145-153, 1997. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0263-8223(97)80007-4 

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  8. Japanese Standards Association, Japanese Industrial Standard (JIS) Z2201 : Test pieces for Tensile Test for Metallic Materials, pp. 19-25, Tokyo, 1980. 

  9. ANSYS inc., ANSYS Workbench : Release 11.0 Documentations, Canonsburg, PA, USA, 2008. 

  10. Gulati, S. T., Zak, M. E., Jones, L. F., Rieck, J. S., Russ, M. and Brady, M. J., "Thermal Shock Resistance of Standard and Thin Wall Ceramic Catalysts", SAE Paper No. 1999-01-0273, 1999. 

  11. S. R. Lee and S. S. Cho, "A Estimation of Thermal Fatigue Performance in Three-way Catalyst", Journal of the KAICS, Vol. 14, No. 1, pp. 13-19, 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2013.14.1.13 

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