실험실용 유압 프레스는 탄소/탄소-탄화규소(C/C-SiC) 그린 바디 준비에서 중요한 안정화 도구 역할을 합니다. 특히 액상 실리콘 함침(LSI) 공정 내에서 제어된 열과 압력을 가하여 수지로 함침된 탄소 섬유 직물 적층재를 밀도 향상시키고 경화합니다.
이 공정은 느슨한 직물 층을 고체 구조적으로 압축된 탄소 섬유 강화 폴리머(CFRP) 프리폼으로 변환하며, 이는 후속 제조 단계를 위한 "그린 바디" 역할을 합니다.
핵심 요약 이 맥락에서 유압 프레스는 단순한 성형 도구가 아니라 응집을 위한 반응기입니다. 열 에너지(예: 240°C)와 기계적 힘을 동시에 적용함으로써 폴리머 매트릭스를 경화시켜 탄소 섬유를 제자리에 고정하고 고온 열분해를 견디는 데 필요한 구조적 밀도를 확립합니다.
LSI 공정에서 프레스의 역할
C/C-SiC 복합재료 제작에서 "그린 바디"는 일반적으로 압축된 분말 블록이 아닌 적층 복합재료입니다. 유압 프레스는 기계적 압축과 열 경화라는 두 가지 기능을 동시에 수행합니다.
정밀 밀도 향상
프레스의 주요 기능은 탄소 섬유 직물 층 사이의 공극을 제거하는 것입니다.
특정 압력(예: 5.8kPa)을 가하여 프레스는 갇힌 공기와 과도한 수지를 짜냅니다.
이를 통해 섬유 부피 분율을 최대화하여 큰 간격이나 공극이 없는 조밀하고 균일한 구조를 보장합니다.
매트릭스의 열 경화
분말 야금에서 사용되는 단순한 냉간 압축과 달리, C/C-SiC 그린 바디 준비에는 열이 필요합니다.
프레스는 승온(예: 240°C)에서 작동하여 수지(폴리머) 매트릭스의 화학적 가교를 시작하고 완료합니다.
이를 통해 액체 또는 연질 수지가 단단한 고체로 변환되어 탄소 섬유 층이 효과적으로 접착되어 응집된 단위로 만들어집니다.
구조적 무결성 확립
이 단계의 출력은 CFRP 프리폼입니다. 이 프리폼은 다음 단계에서 취급, 가공 및 극한의 열에 견딜 수 있을 만큼 견고해야 합니다.
유압 프레스는 수지가 다공성 탄소로 변환되는 열분해 과정에서 재료가 형태를 유지하는 데 필요한 구조적 압축성을 보장합니다.
절충점 이해
유압 프레스는 필수적인 응집을 제공하지만, 부적절한 매개변수 제어는 나중에 수정할 수 없는 그린 바디 결함을 초래할 수 있습니다.
압력 보정
압력이 너무 낮으면: 적층재에 공극과 공기 주머니가 포함됩니다. 이러한 공극은 공정 후반부에 약점과 불균일한 실리콘 침투를 초래합니다.
압력이 너무 높으면: 탄소 섬유가 부서지거나 수지가 너무 많이 짜낼 위험이 있어 구조적 응집력이 부족한 "건조한" 프리폼이 생성될 수 있습니다.
온도 및 경화
열 균일성: 프레스는 판 전체에 열을 균일하게 전달해야 합니다. 불균일한 가열은 그린 바디의 변형 또는 내부 응력을 유발합니다.
경화 시간: 수지가 완전히 경화될 때까지 재료를 압력 하에 유지해야 합니다. 조기 방출은 그린 바디가 반발하거나 박리될 수 있습니다.
목표에 맞는 올바른 선택
유압 프레스의 특정 설정은 최종 C/C-SiC 복합재료의 품질을 결정합니다.
- 구조적 균질성이 주요 초점이라면: 프레스가 적층재 전체 표면에 걸쳐 균일한 압력 분포를 유지하여 밀도 구배를 방지할 수 있는지 확인하십시오.
- 공정 효율성이 주요 초점이라면: 승온, 유지(경화) 및 냉각 단계를 자동화하기 위해 프로그래밍 가능한 열 사이클을 갖춘 프레스를 활용하여 지속적인 수동 모니터링 없이 반복성을 보장하십시오.
궁극적으로 유압 프레스는 느슨한 직물 더미를 통합된 엔지니어링 재료로 변환하여 전체 복합재료의 기준 품질을 설정합니다.
요약 표:
| 특징 | C/C-SiC 준비에서의 기능 | 그린 바디에 미치는 영향 |
|---|---|---|
| 기계적 압력 | 탄소 섬유 적층재 압축(예: 5.8kPa) | 공극 제거 및 섬유 부피 분율 최대화. |
| 열 경화 | 승온 제공(예: 240°C) | 수지 가교를 유발하여 폴리머 매트릭스 고체화. |
| 구조적 응집 | 동시 열 및 힘 적용 | 느슨한 직물을 단단하고 압축된 CFRP 프리폼으로 변환. |
| 공정 제어 | 정밀한 승온 및 유지 주기 | 변형, 내부 응력 및 재료 박리 방지. |
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참고문헌
- Wenjin Ding, Thomas Bauer. Characterization of corrosion resistance of C/C–SiC composite in molten chloride mixture MgCl2/NaCl/KCl at 700 °C. DOI: 10.1038/s41529-019-0104-3
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