나노탄소섬유와 나노탄화규소섬유를 이용한 복합재의 비교, 제조와 활용에 관한 연구 = Preparation, Comparison and Application of Fiber Composites made of Carbon Nanofibers and Silicon carbide Nanofibers

국문 초록 (Abstract)

탄소섬유 강화 복합재가 hand lay-up 방식으로 제조되었다. 복합재 제조시 나노탄소섬유와 나노 탄화규소섬유가 필러로 사용되었으며 이와 비교하기 위하여 여러 가지 powder도 사용해 제조하였다. 실험에 사용된 신탄소재료의 하나인 나노탄소섬유는 직경이 5~500nm이고 길이가 5~100μm였다. 나노 탄화규소섬유는 나노탄소섬유에 용융된 일산화규소 증기에 의하여 제조되었다. 제조된 복합재는 1000℃의 질소 분위기에서 탄화되었고, 진공상태에서 용융핏치를 함침시켜 치밀화를 수행하였다. 이렇게 제조된 복합재에 대하여 밀도 및 미세구조의 변화를 관찰하였고, 층간전단강도시험을 통해 평가를 수행하였다. 새로운 응용을 위하여, 복합재의 microwave reflection 성질을 관찰하였다. 0.5~18CHz 영역에 걸쳐 유전율과 투자율 스펙트럼을 측정하여 전파전달이론에 기초하여 주파수를 함수로하여 복합재층내에서의 reflection loss (반사감쇄량)을 측정하였다. 또한 TGA를 사용하여 열에 관한 무게 감소를 알고자 하였다. 그 결과로써 나노탄소섬유와 나노탄화규소섬유를 필러로 사용한 복합재가 밀도나 층간전단강도 및, 열에 관하여서도 효과적으로 나왔다. 또한 반사감쇄량은 모두 비슷하게 나왔다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Fabrication of carbon fiber reinforced composite was carride out by hand lay-up method. Carbon nanofibers and SiC nanofibers were used as filler in the composites fabrication. Carbon nanofibers, one of the new carbon materials, have 5∼100nm in diameter and 5∼100nm in length. SiC nanofibers were modified by silicon monoxide vapor with carbon nanofibers. The composites were carbonized at 1000˚C in a nitrogen atmosphere, and then densified by molten pitches impregnated in vaccum. Multiple cycle of liquid pitch impregnation and carbonization were carried out to obtain a desired density. The composites were characterized by density, microstructure. The inter-laminar shear strength (ILSS) test was performed for mechanical properties, and the TGA test was performed for thermal properties. For the new application, the microwave reflective property of composites was investigated. Dielectric constant and permeability spectrum were measured in 0.5 -18GHz frequency ranges. On the basis of the wave propagation theory in a lossy media, the reflection loss from the composite inter-layer was predict as a function of frequency.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• LIST OF FIGURES
• LIST OF TABLES
• 국문요약
• 제1장 서론 = 1
• 1.1. 연구목적과 배경 = 1
• 제2장 이론적 배경 = 6
• 2.1. 탄소섬유 = 6
• 2.2. 탄소/탄소 복합재 = 13
• 2.2.1. 액상함침법(Liquid phase Impregnation) = 13
• 2.2.2. Hot isostatic pressure Impregnation carbonization = 16
• 2.2.3. 화학기상침투법 = 17
• 제3장 실험방법 = 20
• 3.1. 나노탄소섬유와 나노탄화규소섬유 제조 = 20
• 3.2. 탄소/탄소 복합재의 제조 = 25
• 3.2.1. 그린복합재(green body) 제조 = 25
• 3.2.2. 탄화와 함침 = 27
• 3.3. 측정 및 분석 = 30
• 3.3.1. 밀도분석과 미세구조 = 30
• 3.3.2. 층간전단강도(Inter laminar shear strength) 측정 = 30
• 3.3.3. 전자파(EMI) 특성 측정 = 31
• 3.3.4. 마찰/마모 = 34
• 3.3.5. 열중량감소 측정 = 38
• 제4장 결과 및 고찰 = 39
• 4.1. 밀도 및 미세구조 분석 = 39
• 4.2. 층간전단강도(Inter laminar shear strength) = 45
• 4.3. 전자파(EMI) 특성관찰 = 49
• 4.4. 마찰/마모 측정 결과 = 56
• 제5장 결론 = 62
• REFERENCES = 64
• ABSTRACT = 67