PIP 공정에서 진공 압력 함침 탱크의 기능은 무엇인가요? 고밀도 CMC 달성

진공 압력 함침 탱크는 전구체 함침 및 열분해(PIP) 공정에서 중요한 전달 시스템 역할을 합니다. 주요 기능은 폴리카보실란과 같은 액체 세라믹 전구체를 섬유 프리폼의 복잡하고 미세한 다공성 구조에 강제로 주입하는 것입니다. 진공 후 고압의 특정 사이클을 사용하여 액체가 재료를 완전히 포화하도록 보장하며, 이는 유효한 복합재를 만드는 데 필수적인 전제 조건입니다.

이 탱크는 재료 밀도의 수문장 역할을 하여 공극을 제거하고 유체 점도를 극복하여 초고온 세라믹 매트릭스 복합재(UHTCMC)의 내부 결함을 최소화합니다.

함침의 역학

공기 저항 제거

이 공정은 탱크 내의 건조 섬유 프리폼에 진공을 적용하는 것으로 시작됩니다. 이 단계는 재료의 깊고 내부 공간에서 공기를 배출하는 데 필수적입니다.

기공에 공기가 남아 있으면 역압이 발생하여 보이드가 형성됩니다. 진공은 액체 전구체가 자연스럽게 유입되도록 빈 공간을 만듭니다.

고점도 극복

공기가 제거되면 탱크는 액체 전구체를 도입하고 고압을 적용합니다. 폴리카보실란과 같은 세라믹 전구체는 종종 높은 점도(끈적임)를 가져 좁은 공간으로 흐르는 것을 방해합니다.

탱크가 가하는 압력은 이 두꺼운 액체를 프리폼의 미세 기공 속으로 깊숙이 밀어 넣습니다. 이 기계적 힘은 액체가 표면뿐만 아니라 재료의 중심까지 도달하도록 보장합니다.

재료 품질에서의 역할

매트릭스 밀도 극대화

PIP 공정의 주요 목표는 섬유 주위에 밀집된 세라믹 매트릭스를 구축하는 것입니다. 함침 탱크는 이 매트릭스의 초기 "채우기"를 담당합니다.

프리폼이 완전히 포화되도록 함으로써 탱크는 고밀도의 기반을 마련합니다. 함침이 제대로 되지 않은 프리폼은 약하고 다공성인 최종 제품으로 이어집니다.

내부 결함 감소

탱크는 특히 내부 결함을 줄이는 것을 목표로 합니다. 액체를 가능한 모든 공간으로 강제로 주입함으로써 구조적 약점을 방지합니다.

이는 단단한 "녹색 본체"(불에 굽지 않은 복합재)를 만듭니다. 이 녹색 본체는 이후 가마에서 열분해 단계로 진행될 준비가 되며, 여기서 폴리머가 세라믹으로 전환됩니다.

절충안 이해

점도 한계

탱크는 압력을 사용하여 함침을 돕지만 물리적 한계가 있습니다. 전구체의 점도가 너무 높으면 고압으로도 조밀한 직조의 가장 미세한 기공까지 함침하지 못할 수 있습니다.

이는 전구체의 화학적 특성과 탱크의 압력 용량 간의 신중한 균형이 필요합니다.

사이클 반복

함침 탱크를 한 번 통과하는 것으로는 충분하지 않다는 점에 유의해야 합니다. 후속 열분해 단계(가마에서 가열)는 전구체를 수축시키고 새로운 기공을 만듭니다.

따라서 부품은 여러 번 진공 압력 함침 탱크로 돌아가야 하는 경우가 많습니다. 이는 총 처리 시간을 늘리지만 필요한 밀도를 달성하는 데 필요합니다.

목표에 맞는 올바른 선택

PIP 공정을 최적화하려면 탱크 설정이 특정 재료 요구 사항과 어떻게 일치하는지 고려하십시오.

• 주요 초점이 강도 극대화인 경우: 액체를 도입하기 전에 모든 미세 공극을 제거하기 위해 깊고 확장된 진공 사이클을 우선시하십시오.
• 주요 초점이 고점도 처리인 경우: 선택한 폴리카보실란 전구체의 특정 유동 저항을 극복할 만큼 충분히 높은 압력 등급을 갖춘 탱크인지 확인하십시오.

진공 압력 함침 탱크는 단순한 담금질 스테이션이 아니라 열처리 전에 복합재의 내부 무결성을 확립하는 기본 도구입니다.

요약 표:

특징	PIP 공정에서의 기능	재료 품질에 미치는 영향
진공 사이클	섬유 프리폼에서 공기와 가스 배출	내부 보이드 및 역압 제거
고압	점성 전구체를 미세 기공으로 강제 주입	완전한 포화 및 깊은 침투 보장
함침 탱크	주요 전달 시스템 역할	'녹색 본체' 밀도 확립
반복성	여러 함침/열분해 사이클 촉진	재료 수축으로 인한 다공성 최소화

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참고문헌

1. Dewei Ni, Guo‐Jun Zhang. Advances in ultra-high temperature ceramics, composites, and coatings. DOI: 10.1007/s40145-021-0550-6

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