초록 ▼

연구의 목적 및 내용
온도기울기 화학증기침착에 의해 C/C 복합재를 제조하는 TG-CVI 공정에 대해 연구하였다. 전구체 반응가스로 프로판과 에탄올을 사용하였고, 단면이 환형인 형태의 프리폼을 사용하였다. 전구체 가스의 열분해에 의한 탄소를 프리폼 내부에 침착시킬 때 침착 균일성과 High Texture 탄소 침착유무를 확인하였다. 반응가스, 가스유량, 농도 등의 변수에 따른 침착량, 침착 형상등의 변화를 확인하고, 프로판에 대한 수학적 모델링에 의한 수치모사와 실험결과를 비교하여 침착속도상수를 도출하였다.

연구결

연구의 목적 및 내용
온도기울기 화학증기침착에 의해 C/C 복합재를 제조하는 TG-CVI 공정에 대해 연구하였다. 전구체 반응가스로 프로판과 에탄올을 사용하였고, 단면이 환형인 형태의 프리폼을 사용하였다. 전구체 가스의 열분해에 의한 탄소를 프리폼 내부에 침착시킬 때 침착 균일성과 High Texture 탄소 침착유무를 확인하였다. 반응가스, 가스유량, 농도 등의 변수에 따른 침착량, 침착 형상등의 변화를 확인하고, 프로판에 대한 수학적 모델링에 의한 수치모사와 실험결과를 비교하여 침착속도상수를 도출하였다.

연구결과
본 연구에서는 내경 15mm, 외경 36mm, 높이 26mm의 환형 프리폼이 사용되었다. 반응조건은 가스유량 100sccm, 프로판농도 10%, 침착온도는 프리폼의 중심으로부터 반경방향에 따라 900-650℃ 이고, 반응가스는 프리폼의 외벽에서 환형 프리폼의 내부 공간으로 흐르게 하였다. 침착후 프리폼내 균일한 침착정도는 프리폼 각 부분에서 채취된 시료의 침착량과 기공도분포를 측정하여 판단하였다. 프리폼 중심으로부터 반경 방향으로 온도가 높은 프리폼 중심부에서 침착이 많았으나 비교적 균일한 침착이 일어났다. 이는 고온 영역에서는 농도를 낮추고 저온 영역에서는 전구체의 농도를 높게 유지시킨 결과이다.
프로판과 에탄올 혼합가스 전구체를 주입하였을 때에 순수한 프로판만 주입하였을 때보다 탄소 침착의 균일성은 떨어졌다. 온도가 높은 프리폼의 중심보다는 가스가 유입되는 바깥쪽으로 갈수록 침착이 많았다. 침착된 탄소의 형상은 SEM을 통해 확인하였다. 그리고 에탄올이 포함된 전구체를 사용하여 침착시킨 프리폼에서 High Texture 탄소가 침착됨을 편광현미경(PLM)으로 확인하였다. 전구체 가스 농도를 5%에서 30% 까지 증가 시켰을 때 처음에는 침착되는 탄소의 양이 다소 일정하게 증가하였으나 농도가 높아짐에 따라 급하게 증가하였다.
수치모사에서는 프리폼 내부에 기공과 화이버가 프리폼 전체에 균일하게 분포하고 있다고 가정하였다.

연구결과의 활용계획
프로판과 에탄올의 열분해에 의한 탄소 침착 연구이다. 본 연구 결과로 더욱 효율적인 High Texture 탄소 침착이 가능하여 우수한 성능의 복합재 제조가 가능할 것으로 사료된다.

(출처 : 요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose& contents
TG-CVI process, where C/C composites are prepared with thermal gradients, has been studied. Propane and ethanol were used as the reactant precursor gases and annular preforms were used. When precursor gas was pyrolyzed and infiltrated into the preform, the uniformity of depositi

Purpose& contents
TG-CVI process, where C/C composites are prepared with thermal gradients, has been studied. Propane and ethanol were used as the reactant precursor gases and annular preforms were used. When precursor gas was pyrolyzed and infiltrated into the preform, the uniformity of deposition and the generation of high texture carbons were confirmed. Changes of the infiltration amount and the deposite shape with the reactant gases, the gas flow rates, and the concentrations were studied. Comparing the mathematical modeling results with experimental results, the infiltration rate constant for the propane precursor was determined.

Result
In this research, annular preforms with 15mm ID, 36mm OD, and 26mm height were used. Reaction conditions were 100sccm gas flow rate, 10% propane. The deposition temperate decreased from 900℃ at the center to 650℃ at the outside of the preform. Reactant gas entered form the outside of the preform into the inner ave of the preform. The uniformity of the amount of deposition in the preform after infiltration was decided by measuring the amounts of deposition and the porosities for the samples taken from all parts of the preform. Even though, the more amount deposited at the center of the preform, a relatively uniform deposition was obtained in all parts of the preform. This was possible by setting the low concentrations at the high temperature area(the center of the preform) and the high concentrations at the low temperature area(the outer part of the preform).
When the mixture precursor of propane and ethanol was used, the deposites did not distributed evenly compared with those obtained using propane precursor. There were more depositions at the outer part of the preform, where the gas entered the preform, compared with those at the inner part of the preform where the temperature was high.
SEM was used to look at the shpaes of deposited carbons. In addition, polarization microscope(PLM) was used to comfirm that high texture carbons can be obtained with precursors including ethanol. When the concentration of precursor gas increased from 5 to 30%, the amount of deposites increased linearly at first and then rapidly later.
In the mathematical modeling, it was assumed that fibers and pores are distributed evenly all in the preform. The mathematical modeling results estimated the experimental results well. In the modeling processes, the rate constants were determined as follows. The preexponential factor of the rate constant for the propane precursor, reported by Vaidyaraman²³⁾, was multiplied by 2.2. In addition, the gas phase decomposition rate constant for the ethanol gas, reported by Li at al, was multiplied by 0.00011.

Expected Contribution
The pyrolysis carbon infiltration from propane and ethanol precursors were studied. With the results of this research, it would be possible to prepare more effectively superior composites with high texture.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 7
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 19
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 19
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 19
• 7. 참고문헌 ... 20
• 8. 연구성과 ... 22
• 9. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 23
• 10. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 23
• 11. 기타사항 ... 23
• 끝페이지 ... 23