KR100250392B1 - 다공성 빌릿의 밀도강화를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

다공성 예비성형체를 전구물질액체 안에 침지시켜 가열로써 밀도강화시킨다. 가열은 예비성형체에 전류를 통과시키거나 액체에 침지된 유도코일로써 수행된다. 또한 밀도강화공정을 조정하는 방법도 설명된다.

Description

다공성 빌릿의 밀도강화를 위한 방법 및 장치
제1도는 예비성형체를 밀도강화시키기 위한 반응기의 개요도이다.
제2(a)도는 제1도의 반응기에 예비성형체를 고정시키는데 사용된 고정장치의 스케치이다.
제2(b)도는 제1도의 반응기안에 사용된 코일의 개요도이다.
제3도는 교번형코일 형태로 가열된 예비성형체의 스케치이다.
제4도는 저항가열된 예비성형체의 스케치이다.
제5도는 유도 및 저항 가열된 예비성형체의 스케치이다.
제6도는 교번형코일 형태로 가열된 예비성형체의 스케치이다.
제7도는 다양한 전력 수준에서 작성한 밀도강화 그래프이다.
제8도는 반응용기안의 코일에 대한 투입전력 대 시간의 전형적인 그래프이다.
제9도는 고체코어가 있는 예비성형체의 스케치이다.
본 발명은 일반적으로 다공성 빌릿(billets)의 밀도강화에 관한 것이고 특히 밀도 강화를 위해 사용된 액체안에서 침지된 동안 다공성 빌릿의 가열에 관한 것이다.
다공성 빌릿의 밀도강화는 합성물을 만드는데 사용되는 기술이다. 특히 다공성 빌릿의 유용한 형태는 섬유를 강화된 합성물로 만드는데 통상적으로 사용되는 섬유질 예비성형체이다. 로케트에 대한 노즐 및 비행기용 또는 경주용 차 브레이크에 대한 고성능 브레이크패드 같은 물건은 예비성형체를 밀도강화시킴으로써 만들어졌다. 이런 경우의 섬유는 탄소이고 예비성형체를 밀도강화시키는데 사용되는 물질도 또한 탄소이다.
섬유질 예비성형체는 바람직한 형태로 만들어진 강화섬유로 이루어진다. 예비성형체를 만들기 위한 많은 기술이 알려졌다. 예를들어 섬유를 바람직한 형태로 엮거나 짠다. 선택적으로, 섬유는 바람직한 형태로 누벼진 배트(bats)로 형성될 수 있다. 다른 기술에서, 섬유를 활성 가스로 경화 또는 안정화된 수지 또는 피치같은 점성물질과 결합시킨다. 그리고나서 경화된 매트릭스는 수지의 분해온도 이상의 온도로 가열시킴으로써 탄화시킨다.
예비성형체를 만드는 방법에도 불구하고, 종래의 밀도강화 공정은 통상적으로 전구물질로 예비성형체의 세공을 채우는 단계, 경화시키는 단계, 그리고나서 전구물질이 탄소 또는 다른 바람직한 물질로 열분해 될때까지 예비성형체를 가열하는 단계의 반복된 사이클로 이루어진다. 다른 광범위하게 사용되는 밀도강화 기술은 전구물질 가스중에 예비성형체를 위치시키는 단계, 그리고나서 예비성형체와 접촉한 전구물질 가스를 열분해 될때까지 예비성형체를 가열하는 단계로 이루어진다.
이런 기술의 결점은 많은 시간(때때로 대략 수백시간)이 요구된다는 것이다. 예비성형체의 외부에 있는 세공이 예비성형체의 내부에 있는 세공에 앞서서 채워지지 않도록 밀도강화를 서서히 진행시켜야 한다. 예비성형체의 외부에 있는 세공이 더 안쪽 부분의 밀도강화에 앞서 채워진다면, 전구물질이 예비성형체의 내부에 도달하는 것은 부적당하고 완전히 밀도 강화되지 않을 것이다.
이런 문제를 해결하려는 연구는 Houdayer 등에게 1984년 9월 18일에 발행된 미국특허 4,472,454 에 나타난다(이것은 참고로 여기에 포함된다). 이 특허에서, 예비성형체를 반응용기에 넣고 전구물질 액체로 표면을 덮는다. 반응용기 외부코일은 예비성형체를 유도적으로 가열하는데 사용된다. 예비성형체를, 액체 전구물질이 비등되고 액체가 비등시 생성된 증기가 열분해될때까지 가열시킨다. 본 발명자는 액체가 예비성형체를 이것의 외부에서 냉각시킴으로 인하여 발생되는 예비성형체의 두께로 인한 열적변화를 이론화한다. 예비성형체의 내부는 비등액체에 의해 냉각될 수 없기 때문에 증기를 열분해시킬 만큼 충분히 뜨겁다. 이런 경우에 밀도강화는 예비성형체의 내부에서 우선적으로 발생한다. 전체의 밀도강화는 내부에서 외부로 발생한다. 그래서 밀도강화는 외부 세공이 예비성형체 내부의 밀도강화를 방해 및 억제할 것이라는 것과 관계없이 더 빠른 속도로 진행될 수 있다.
미국특허 4,472,454에 설명된 밀도강화 공정은 예비성형체를 밀도강화하는데 요구되는 시간을 감소시키는 반면, 본 발명자는 이 공정을 개선할 수 있는 몇가지 방법을 발견하였다.
우선, 예비성형체를 밀도강화시킬때, 유도코일은 예비성형체와 같은 모양이 되게 하는 것이 바람직하다. 또한 예비성형체를 유도코일에 가능한한 근접하게 하는 것이 바람직하다. 이 요구사항은 예비성형체의 가열을 균일하고 효율적으로 하는데 중요하다. 균일한 가열은 바람직한 밀도강화를 하는데 중요하다.
Houdayer등의 장치를 이 요구사항에 만족하도록 조정하기 위해 밀도강화된 부분의 형태를 기초하여 코일을 재성형시킬 필요가 있다. 또한 각 부분에 대한 반응용기 및 코일을 재성형시킬 필요가 있다. 이런 요구사항은 비용이 많이들거나 시간의 소모가 많기 때문에 바람직하지 못하다. 게다가, 본 발명자는 바람직한 온도변화를 일으켜야 하는 액체의 비등때문에 반응용기가 예비성형체에 너무 근접해 있다면 냉각은 발생하지 않는다는 것을 발견하였다. 만일 반응용기의 체벽이 예비성형체에 너무 근접해 있다면 “베이퍼 록(vapor lock)”이라 불리는 현상이 발생할 수 있다. 베이퍼 록에서 증기는 반응용기의 체벽과 예비성형체 사이의 지점에서 축적되어 액체를 제거한다.
예비성형체로부터 이동되는 대류열은 이 지점에서 현저히 감소되어, 열지대(hot spot)를 만들어 예비성형체의 외부에 부착물을 형성시킨다. 결과적으로 이 부분은 균일하게 밀도강화되지 않는다.
[발명의 개요]
전술한 배경을 고려하면, 본 발명의 목적은 섬유질 예비성형체를 밀도강화시키기 위한 장치를 제공하는 것이다.
또한 섬유질 예비성형체를 밀도강화시키기 위한 더 효과적인 방법을 제공하는 것이 목적이다.
다른 형태의 예비성형체를 수용하도록 쉽게 적합시킬 수 있는 예비성형체를 밀도강화 시키는 방법을 제공하는 것이 추가 목적이다.
전술한 목적 및 다른 목적은 전구물질 액체안에 예비성형체를 침지시키고 나서 예비성형체를 가열함으로써 수행된다.
첫번째 구체예에 따라, 예비성형체를 전구물질액체에 침지된 유도코일로써 가열시킨다.
두번째 구체예에서, 예비성형체를 전극에 접촉시킴으로써 저항적으로 가열시킨다. 다른 구체예에서 예비성형체를 가열시키기 위한 여러가지 방법이 동시에 이용된다.
[바람직한 구체예의 상세한 설명]
제1도는 미국특허 4,472,454에서 설명된 방법에 따라 밀도강화를 빠르게 진행시키기에 적당한 반응기(100)를 나타낸다. 유도코일(코일(104))이 예비성형체를 가열하는데 사용될때, 반응기(100)는 비자성체(예, 석영, 유리, 스테인레스강, 세라믹, PMC또는 이것의 조합체)로 만드는 것이 바람직하다.
반응기(100)는 예비성형체(표시되지 않았음)가 밀도강화되는 캐버티(cavity:102)로 이루어진다. 조작중 캐버티(102)는 적어도 예비성형체(표시되지 않았음)를 덮기에 충분한 전구물질 액체로 채운다. 전구물질 액체는 예비성형체(표시되지 않았음)가 가열될 수 있는 온도에서 비등하며 부착(deposit)될 화학물질을 함유하는 증기를 발생시키는 액체이다. 또한 전구물질 액체는 유전체이다. 바람직하게도 액체반응물의 유전율은 0.5이상이고, 더 바람직하게는 1이상이고, 가장 바람직하게는 1.5이상이다. 예비성형체에 탄소를 부착시키기 위해서, 시클로헥산, n-헥산 또는 벤젠 같은 적당한 비등점을 가지는 탄화수소가 사용된다. 실리콘카바이드를 부착시키기 위해서, 메틸트리클로로실란, 디메틸디클로로실란, 메틸디클로로실란 또는 다른 유기실란 또는 유기실란 혼합물이 사용된다. 또한 반응물 액체는 공유부착물로 선택될 수 있다. 예를들어, 실리콘 카바이드 및 실리콘 니트라이드의 혼합물은 트리스-n-메틸아미노실란 또는 다른 실라잔 화합물을 사용하여 부탁시킬 수 있다.
캐버티(102) 안에, 유도코일(104)이 배치된다.
조작중, 유도코일(104)은 전구물질 액체로써 표면이 덮여질 것이고 조작되어 예비성형체(표시되지 않았음)를 가열한다. 코일(104)은 가열하더라도 전구물질 액체와 반응하지 않는 구리 또는 다른 고전도성 물질로 만든다.
전기는 모선(106)을 통해 코일(104)에 제공된다. 모선(106)은 고전도성 물질(구리)로 만든다.
수백 내지 수천 암페아의 전류가 바람직하게 사용되어 예비성형체(표시되지 않았음)를 가열하기에 충분한 전력이 제공된다. 많은 양의 전류때문에, 모선(106)은 과도한 열을 피하기에 충분한 단면적을 가져야 한다. 모선(106)은 수로(105)가 있어 모선(106)과 코일(104)을 통해 냉각수를 수송할 수 있다.
모선(106)은 전원장치(표시되지 않았음)와 접촉된다. 교류전원이 사용된다.
전압, 전류, 주파수 및 코일(104)의 형태는 유도 가열장치를 설계하는데 사용된 공지 기술을 사용하며 예비성형체의 형태 및 기하학적 배열 게다가 예비성형체 성질에 따라 결정된다.
전형적으로, 전압은 5 내지 750V 범위일 것이다. 주파수는 0.1KHz 내지 300MHz범위일 것이다.
모선(106)은 실(seal:107)을 통과해서 챔버(chamber:102)에 들어간다. 챔버(102)는 조작중 전구물질 액체를 함유하고 있어서, 실(107)은 탄력성이 있고 또한 전구물질 액체에 의한 화학작용에 저항할 수 있다.
또한 실(107)은 반응기(100)가 전도성 성분으로 만들어질때 반응기(100)으로 부터 모선(106)을 전기적으로 절연시킨다. 예를들어, 실리콘고무는 모선(106)이 통과하는 반응기(100)의 입구를 밀폐하는데 사용될 수 있다.
모선(106)이 반응기(100)의 하부로 들어가는 것은 통상적인 일이다. 만일 모선(106)이 반응기 챔버(102)의 상부로 들어가더라도, 실(107)은 여전히 필요하다. 이 경우 액체의 누출을 막을 필요는 없으나, 챔버(102)로 부터 증기의 누출은 막어야 한다. 모선(106)은 실제로 스택(stack, 136) 아래로 해서 챔버(102)에 들어갈수 있다. 이경우 특별한 실이 필요치 않다. 그러나, 모선(106)을 가능한한 짧게해서 모선내에서 전력 손실을 감소시키는 것이 바람직하다.
전구물질 액체는 전구물질 투입구(108)를 통해 밸브(110)을 경유해서 반응기(100)에 공급된다.
초기에 챔버(102)는 적어도 예비성형체(표시되지 않았음)의 표면을 덮기에 충분한 양의 전구물질 액체로 채운다.
조작중, 전구물질 액체는 부착반응으로 소모되거나 증기로서 반응기(100)으로부터 누출된다. 따라서, 전구물질 투입구(108)가 반응기(100)의 조작동안 이용되어 소모된 전구물질 액체를 재충전시킬 수 있다.
밀도강화 조작 동안, 액체 전구물질은 혼탁된다. 따라서, 밸브(114)가 열려 전구물질 액체가 반응물 복귀관(112)를 통해 필터(116)으로 흘러가서 여과되어 반응기(100)로 재주입된다. 적당한 필터(116)로는 다공성 세라믹 막 또는 더 바람직하게는, 목탄 같은 것이다.
여기서 사용된 반응물 액체는 잠재적으로 인화성이다. 따라서, 밀도강화 조작은 불활성 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다. 예를들어, 질소가스가 사용될 수 있다. 공기로 캐버티(102)를 세정하기 위해서, 밸브(120)가 열려 투입구(118)를 통해 질소가 들어온다. 밸브(124)가 열려 더 빠르고, 효율적으로 증기회수 시스템(130)을 세정할 수 있다. 챔버(102)안의 분위기가 질소로 대체되면, 밸브(128)가 열려 벤트 스택(vent stack, 136)에 직접적으로 질소를 제공할 수 있다. 이 질소의 흐름은 캐버티(102)에 도달하는 공기를 억제시키며, 밸브(120) 및 밸브(124)는 닫힌다. 닫힌 밸브(120) 및 밸브(124)는 증기회수시스템(130)을 통한 가스의 흐름을 감소시킨다.
그러므로 증기회수시스템(130)은 더 효율적으로 조작될 수 있다.
증기회수시스템(130)은 증기화된 액체를 회수하기 위한 이 분야에 공지된 형태의 시스템이다. 이런 시스템은 이 공정에서 생성된 찌꺼기의 양 및 사용된 전구물질의 양을 감소시킨다.
조작중, 예비성형체(표시되지 않았음)는 코일(104)에 근접한 캐버티(102)에 위치한다.
견본코일 위치는 제3도, 제5도 및 제6도에 더 상세하게 나타난다.
예비성형체를 바람직하게는 지지고정장치(support fixture) 내에 위치시켜 반응기와 코일에 관계된 일정한 위치에 예비성형체를 확실하게 고정시킨다. 고정장치의 정확한 형태는 예비성형체의 형태에 기초한다. 이런 고정장치는 립(lip : 132) 위에 통상적인 방식으로 지지될 수 있다. 이것은 예비성형체의 형태에 근거를 둔 코일의 서로 다른 크기나 형태로 사용되는 것이 바람직하다. 이런 이유때문에, 코일(104)은 연결자(134)로 모선(106)에 접촉된다. 연결자(134)는 모선(106)으로 이루어진 전기회로를 연장한다. 또한 수로(105)로써 형성된 수류회로를 연장한다. 연결자(134)는 스크루우(표시되지 않았음)에 대한 고정점을 허용하는 금속블록으로 모선(106)에 코일(104)의 본체를 고정시킨다. 수류회로 내의 접합 부분은 유연성 있는 “0”링으로써 또는 약간의 다른 통상적인 형태로써 봉할 수 있다. 이 물질이 물과 전구물질 액체 중에서 내열화성이 있어야 한다. 비톤(viton) 또는 실리콘 고무가 이런 목적에 대해 사용될 수 있다. 또한 슬롯(slot) 및 홈 또는 클립 같은 다른 부착장치가 사용될 수 있다.
제2(a)도는 제1도의 반응기와 결합시켜 사용하기 위해 설치한 고정장치(200)의 스케치이다. 고정장치(200)는 립(132 : 제1도) 위에 설치하기에 적당한 크기의 링(202)으로 이루어진다. 나사(203)는 링(202)을 관통한다. 나사(203)는 립(132 : 제1도)을 고정시켜 반응기(100)에 고정장치(200)를 부착시킨다(제1도).
임의로, 나사(203)는 단지 립(132 : 제1도) 위에 있다. 이경우, 나사(203)는 립(132 : 제1도)에 대한 고정장치(200)의 대정각을 조정하는 작용을 한다.
만일 코일(104)이 반응기(100 : 제1도)에 고정적으로 부착된다면, 고정장치(200)의 대정각을 조정하는 것이 유용할 수 있다. 고정장치(200)를 예비성형체에 고정시킴으로서, 또한 조정한 고정장치(200)의 대정각은 코일(104)에 대한 예비성형체의 위치를 조정할 것이다. 바람직하게도 예비성형체르릴과 중심이 같게 위치시킴으로서, 예비성형체의 위치나 코일의 조정할 수 있다.
고정장치(200)는 수직부재(204a 및 204b)로 이루어진다. 수평부재(206)는 수직부재(204a)와 수직부재(204b)에 놓는다. 지주(208)는 수평부재(206)에 부착시킨다. 예비성형체는 통상적인 방식으로 지주(208)에 부착시킨다. 예를들어, 만일 예비성형체가 주축둘레에 만들어진다면, 주축을 관통한 핀은 주축(208)에 끼워질 것이다. 수질부재(204a 및 204b), 수평부재(206) 및 지축(208)은 유도코일(104)에 근접할 것이므로 비자성물질(거의 1의 자기 투과성을 가짐)로 만드는 것이 바람직하다. 그러나, 이것들은 예비성형체를 지지하기에 충분히 강한 물질이다. 글라스 에폭시 합성물이 사용될 수 있다.
지주(208)가 가열된 예비성형체와 접촉하므로 양질의 열적 절연체이며 고온에 견딜 수 있는 물질로 만들어져야 한다. 지주(208)는 석영으로 만드는 것이 더 바람직하다. 예비성형체와 코일(104) 간의 적합한 관계를 확보하기 위해서, 고정장치(200)에 직접적으로 코일(104)을 고정시키는게 바람직하다. 그리고나서 코일(104)은 수직부재(204)에 비전도성핀(210)으로 고정시킬 수 있다.
제2(b)도는 더 상세하게 코일(104)을 나타낸다. 선택적으로, 코일(104)은 전기적으로 병렬연결된 다수의 코일부분(251,252,253 및 254)으로 구성된다. 코일부분(251-254)은 유도막대(260a 및 260b)와 접지된다. 코일(104)에 전력을 공급하는 모선(106)은 유도막대(260a 및 260b)와 접지된다. 코일(104)에 전력을 공급하는 모선(106)은 유도막대(260a 및 260b)와 접지된다. 제2(b)도에 나타난 것처럼, 모선(106)은 유도막대(260a 및 260b)의 중심에 접지된다. 그래서 코일부분(251-254)은 전원둘레에 대칭적으로 배열된다. 결과로서, 큰 전류가 사용될때 나타나는 전압강하는 코일(104)의 길이에 따른 평균치이다. 그러므로 예비성형체의 더 균일한 가열이 생긴다.
더 균일한 가열을 제공하기 위하여, 각각의 코일부분의 길이는 선택적으로 다를 수 있다.
예를들어, 코일부분(252 및 253)이 모선(106)으로 부터 전원에 더 근접해 있기 때문에, 이것은 코일부분(251) 및 코일부분(254) 보다 더 많은 권선을 가지도록 더 길게 만들수 있다. 코일부분(252) 및 코일부분(253)은 모선(106)으로 부터 코일부분(251-254) 까지 회로에서 저항이 같은 크기로 만들수 있다.
코일(104)은 선택적으로 이공정에서 중력효과의 원인이 되는 이것의 길이에 따라 비균일 권선밀도를 가지게 설계될 수 있다. 예를들어, 비등 전구물질 액체에 의해서 생성된 증기는 예비성형체를 따른 상승할 것이다. 증기의 양 및 속도는 바닥에서 보다 예비성형체의 정상에서 더 클것이다.
결과로서, 예비성형체의 외부 열전달은 바닥에서와 정상에서 다를 수 있다. 이 효과를 제거하기 위해서 예비성형체의 정상에서 다른 가열을 제공하도록 코일(104)을 배열할 수 있다. 예를들어, 코일의 권선밀도가 정상에서 더 적을 수 있거나 코일과 예비성형체간의 공간이 정상에서 더 적을 수 있다.
[실시예 1]
1.5″내경 및 38 내지 40mils의 체벽두께 및 6인치길이의 관형 예비성형체는 나사형 외피로 불리는 포맷(format)에 통상적인 탄소/페놀물질의 시트를 복수로 겹침으로서 만들어졌다. 예비성형체를 650℃이상으로 가열시킴으로써 탄화시킨다. 예비성형체의 초기부피밀도는 1.3g/cc였다.
예비성형체를 전구물질 액체인 시클로헥산으로 제1도에 나타낸 반응기에서 밀도강화 시켰다. 흑연 코어는 튜브의 중심에 위치하며 서셉터(susceptor)로서 작용하였다. 전원은 160KHz의 주파수에서 30KW가 제공되었다.
900과 1500℃ 사이의 예비성형체 온도로 수행되었다. 4시간 후, 부피밀도가 1.83g/cc 였고 수은 다공율측정법(mercury porosimetry)으로써 결정된 것으로서 겉보기 밀도는 2.01g/cc 였다. 이 부분의 다공율은 6.2%로 매우 낮았다. 튜브가 26.3ksi의 압축 강도와 44.1msi의 계수(modulus)를 가진다고 검사되었다.
제3도에 반응기(300) 내부의 코일(304)에 대한 예비성형체(302)의 관계가 나타난다.
예비성형체(302)는 코일(304)의 중앙에 있고 둘다 전구물질 액체(308)에 침지된다.
유도가열 사용을 위해, 코일을 일반적으로 가열된 부분과 같은 모양을 형성시킨다.
이 부분의 직경이 더 작아지는 부분에서 코일의 직경은 더 작아질 것이다. 선택적으로, 코일의 권선밀도는 가열되는 물체가 코일로 부터 멀리 떨어져 있는 영역에서 증가될 수 있다.
코일(304)은 예비성형체(302)와 같은 모양으로 형성될 수 있다. 선택적으로, 제2코일(코일306)은 예비성형체(302)의 내부로 삽입될 수 있다. 각각의 코일을 통한 전류는 각각의 코일에 의해서 생성된 자속이 예비성형체(302)에서 일치하도록 흐른다. 바람직하게도, 두개의 코일(304 및 306)은 같은 전원에 접지되어서 이것을 통한 전류는 일치한다.
물론 제3도의 배치는 단지 공동예비성형체(hollow preferms)에 대해 유용하다.
이곳에서 두개의 코일(304 및 306) 때문에 자속은 예비성형체(302) 전체에 걸쳐 더 균일하다. 코일(304)로 부터 멀리 떨어져 있어 코일(304)에 의해서 효율적으로 가열되는 예비성형체(302)의 영역은 코일(306)에 더 가까운 코일(306)에 의해서 더 효율적으로 가열된다. 이렇게하여, 균일한 예비성형체 가열은 각각의 예비성형체에 대한 코일을 특별히 설계하지 않고 수행할 수 있다.
제4도는 예비성형체(402) 가열의 선택적인 방법을 나타낸다.
여기서, 예비성형체(402)는 바(bar) 또는 막대형태이다. 예비성형체(402)를 전극(404) 사이에 고정시킨다. 예비성형체(402)는 양질의 전기적 및 기계적 접지를 제공하는 통상적인 방법으로 고정시킨다.
전극(404)은 과도하게 가열되거나 전구물질 액체와 반응하지 않으며 이 부분을 밀도강화시키는데 필요한 전류를 흐르게 할 수 있는 통상적인 물질로 만든다.
여기서, 전극(404)은 슬릿(406)이 형성된 3/4인치 구리막대로 만들어진다. 구리끼움쇠(408)는 예비성형체(402) 둘레의 슬롯에 위치한다. 끼움쇠(408)는 전극(404)의 나사산 끝(412)에 죄어진 볼트(410)에 의해서 예비성형체(402)를 누른다.
조작중, 예비성형체(402)는 전구물질 액체(414) 안에 위치한다. 전극(404)은 전원(표시되지 않았음)에 접지되어 예비성형체(402)를 통해 전류흐름을 제공하여 예비성형체(402)를 가열한다. 예비성형체가 탄소섬유로 만들어지거나 탄화된 수지로써 결합된 약간의 섬유로 만들어질때처럼 예비성형체의 저항이 낮을때 높은 전류공급이 바람직하다. 필요한 전류의 양은 예비성형체(402)의 단면적 및 이것의 저항에 의존할 것이다. 그러나, 이 전류는 전구물질 액체(414)의 열분해 온도이상으로 예비성형체(402)의 상당한 부분을 가열하기에 충분할 것이다.
1,000 암페어 정도의 전류가 바람직하게도 필요하지만, 정확한 전류수준은 예비성형체의 온도측정에 기초하여 경험적으로 결정할 수 있다. 직류전류가 바람직하지만 AC전류도 또한 사용될 것이다. 또한 예비성형체(402)의 밀도강화가 진행될때 전류를 변화시킬 필요가 있다. 예비성형체(402)가 더 밀도강화될때 이것의 저항이 감소되듯이 가열의 같은 수준을 유지하기 위해 전류의 증가가 요구된다. 이런 이유때문에, 고온계를 사용하는 것이 예비성형체의 온도를 계속적으로 또는 영구적으로 측정하고 나서 요구되는 전류를 유지하기 위해 전원의 전압을 조정하거나 직접적으로 전류를 조정하는데 바람직할 것이다.
제4도의 장치는 특히, 균일한 직경 및 체벽 두께를 가지는 바 또는 막대 또는 튜브 같은 균일한 단면적을 가지는 형태, 평면, 또는 전류흐름 방향에 수직한 균일한 단면적을 가지는 다른 형태로 예비성형체를 밀도강화하는데 적당하다.
이런 예비성형체는 완성된 또는 “그물”형태일 것이다.
선택적으로, 디스크 또는 다른 형태는 밀도강화후 막대, 바, 평면 또는 다른 형태로 분리될 수 있다. 이렇게하여, 비균일 단면을 가지는 부분은 밀도강화될 수 있다. 선택적으로, 몇개의 부분은 하나의 밀도강화된 조각으로 분리될 수 있어 단지 하나의 전원을 가지는 하나의 반응기에서 효율적으로 몇개의 부분을 동시에 밀도강화시킬 수 있다.
제4도는 반응용기안에서 수평방향으로 놓인 예비성형체(402)를 나타낸다. 어떠한 방향도 사용될 수 있다.
제5도는 예비성형체(502)를 밀도강화시키기 위한 교번 형태를 나타낸다. 예비성형체(502)를 유도코일(504) 내부에 위치시킨다.
예비성형체(502)의 끝은 전극(506)과 접지시킨다. 상기 설명될 것처럼 적합한 전원에 접지시킬때, 코일(504)은 예비성형체(502)의 유도가열을 제공하고 전극(506)은 저항가열을 용이하게 한다.
예비성형체(502)는 오목한 영역(508)이 포함된다. 저항가열을 사용한 균일한 가열에 대하여, 오막한 영역 또는 비균일 단면의 영역을 가지는 예비성형체는 일반적으로 오목한 영역에서 증가하는 전류밀도 및 가열로 바람직하지 못하다. 더우기, 오목한 영역은 특별한 코일 설계 없이는 오목한 영역이 가열되지 않을 뿐만 아니라 주위 영역도 가열되지 않기 때문에 유도가열을 사용하는 균일한 가열에도 이롭지 않다.
그러나, 저항가열 및 유도가열 둘다 사용은 저항 가열과 관련된 열점이 유도가열의 냉점으로써 제거되기 때문에 더 균일한 가열을 제공하는 경향이 있다. 따라서, 특별한 코일설계 없이 균일하게 가열한 예비성형체(502)는 예비성형체(502)의 외형과 일치가 가능하다.
또한 저항 및 유도가열의 결합은 예비성형체 가열의 조정을 보다 잘 할 수 있다는 이점을 제공한다.
예비성형체를 가장 완전하게 밀도강화시키기 위해서, 초기에는 예비성형체 중앙을 전구물질 액체의 분해 온도이상으로 가열시키는게 바람직하다. 온도변화는 전구물질 액체의 냉각효과 때문에 예비성형체의 중앙부터 표면까지 감소를 초래한다. 이 온도분포 때문에, 밀도강화한 물질의 부착은 바람직하게도 예비성형체의 중앙에서 발생한다. 밀도강화 처리할때, 중앙에서 표면으로 방사상으로 연속적으로 이동하는 예비성형체의 영역은 열분해온도를 초과하는 것이 바람직하다.
저항가열은 온도변화에 기인한 저항변화 때문에 단지 2차 변환을 하는 단면적을 가로질러 거의 균일하게 열을 발생시킨다. 전구물질 액체가 예비성형체의 외부를 냉각시키기 때문에, 결과온도분포는 중앙에서 가장 높고 가장자리에서 가장 낮다. 더군다나, 약간의 예비성형체에 대하여 저항은 전류처럼 온도가 증가할때 감소할 것이므로 부가열 생성은 예비성형체의 가장 온도가 높은 내부에 집중될 것이다. 이 온도분포는 밀도강화 사이클의 시작으로 아주 적합하다.
반대로, 유도코일(504)은 예비성형체의 표면근처에서 더 많은 양의 열을 발생시킨다.
발생된 열의 양은 표피깊이에서 이것의 최대치의 14%까지 감소된다. 표피깊이는 주파수의 제곱근에 반비례하게 감소하는 주파수의 함수로 전환된다. 유도가열의 분야에서 숙련자에게 잘알려진 공지기술을 사용하여 적절하게 선택한 주파수에 의해, 유도코일(504)은 예비성형체의 표면에 더 높은 가열을 제공한다. 이 열분포는 밀도강화 사이클의 끝으로 바람직하다.
따라서, 바람직한 결과는 초기에 예비성형체(502)를 저항적으로 가열하고 나서 코일(504)을 통한 전류를 증가시킴으로써 수행할 수 있다. 바람직하다면 전극(506)을 통한 전류는 동시에 감소할 것이다.
또한 밀도강화 사이클 중의 비슷한 열분포는 상기 유도코일로써 획득될 수 있다.
전원주파수는 초기에 예비성형체 직경의 대략 1/4 내지 1/3의 표피깊이로 제공된다.
예비성형체의 외부로 이동하는 열을 고려하면 이 표피깊이는 예비성형체의 중앙에서 최대 열축적을 제공할 것이다. 이상적으로, 코일의 전력은 전구물질 액체가 열분해 온도 이하로 예비성형체의 나머지 부분을 냉각시키는 동안 전구물질 액체의 열분해 온도 보다 약간 높게 예비성형체를 가열할 것이다. 예비성형체의 중앙을 밀도강화 시킬때, 전원의 주파수를 증가시켜 중앙에서 약간 옮겨진 영역에서 열분해 온도 보다 약간 높게 예비성형체를 가열할 수 있다. 또한 코일에 공급된 전력은 예비성형체의 나머지 부분이 전구물질 액체의 열분해온도 이하로 있어 약간 감소될 것이다.
예비성형체가 완전히 밀도강화될때까지 이런 방식으로 조정될 수 있다. 주파수 및 전력의 정확한 변화율은 예비성형체의 형태 및 조성물에 의존할 것이며 경험적으로 결정될 수 있다.
유도코일이 저항 공급원 없이 사용된다면, 바람직한 결과는 밀도강화 사이클이 진행됨으로서 유도코일에 전력을 증가시킴으로써 획득될 수 있다.
제7도는 밀도강화 사이클동안 전력증가가 얼마나 더 완전한 밀도강화를 제공할 수 있는지를 이해하는데 유용한 세개의 곡선을 나타낸다.
제7도는 예비성형체 두께의 중앙으로부터 거리의 함수로서 밀도강화된 예비성형체의 밀도를 나타내는 각각의 곡선(702,704 및 706)을 나타낸다.
곡선(702)은 상대적으로 낮은 투입전력에서 형성된다. 밀도는 중심선에서 최대치이다. 이 밀도강화 패턴은 중앙이 전구물질 액체의 열분해를 일으키기에 충분한 온도로 가열되기 때문에 생긴다. 예비성형체의 외부는 냉각되어 열분해되지 않고 부착반응결과물과 회합된다.
곡선(706)은 상대적으로 높은 투입전력에서 형성된다. 최대 밀도는 표면이 전구물질의 열분해를 일으키기에 충분히 높은 온도로 가열되기 때문에 표면에서 발생한다. 열분해는 예비성형체의 중앙에서 전구물질의 침투를 방해하는 부착물을 발생시킨다. 곡선(704)은 중간 정도의 전력에서 형성되고 중심선과 표면의 중간에서 최대 밀도를 나타낸다.
밀도강화를 개선시키기 위해, 곡선(702)을 만드는데 사용되는것 처럼 전력 P0를 초기에 사용하는 것이 바람직하다. 밀도강화 사이클의 끝에서 곡선(706)을 만드는데 사용되는것 처럼 전력 Pf를 사용하는 것이 바람직하다. 양자간에, 곡선(704)을 획득하는 전력을 사용하는게 바람직하다. 제8도는 밀도강화 사이클 동안 시간의 함수(P(t))로서 투입전력의 바람직한 수준의 곡선을 나타낸다. 전력은 최기에 P0로 한다.
시간 Tf에서 밀도강화사이클의 끝에서 전력은 Pf와 같다. 밀도강화사이클 동안, 전력은 증가된다. 제8도에 나타낸것 처럼, 전력은 시간 t에 비례하여 증가되는데 n제곱으로 상승한다. 이 관계는 증가하는 온도에 따라 부착물 중가를 일으키는 화학반응때문에 합당하다. 그러므로 예비성형체의 외부를 밀도강화시키는데 보다 적은 시간이 요구된다. 또한 예비성형체의 다른 부분은 내부가 밀도강화 되는 동안 어느 정도까지 밀도강화 된다. 결과로서, 예비성형체의 표면부분은 내부 보다 훨씬 빠르게 밀도강화되고 예비성형체의 외부를 밀도강화하는데 더 적은 시간이 요구된다.
α,P0,Pf,Tf및 n의 값은 예비성형체의 크기 및 기하학적 배열 같은 것과 사용된 특정 전구물질 액체에 의존한다. 이 값들을 이론적으로 계산할 수 있다. 그러나, 포함된 현상의 복잡한 성질때문에 적절한 값을 경험적으로 결정하는게 바람직할 수도 있다. 예비성형체를 관찰하고 이것의 밀도를 측정하는데 주기적으로 정지되는 수회의 실험은 적당한 값을 결정하는데 필요할 수 있다.
1 내지 3 범위의 n값이 여기에 나타낸 것처럼 예비성형체를 만족시키는 것으로 관찰되었다. 그러나 더큰 값은 다른 기하학적 배열에 대해서 바람직할 수 있다.
제8도는 전력의 연속적인 변화를 나타낸다는 것에 주의해야할 것이다.
그러나, 전력은 불연속적 단계로 증가한다. 또한, 예비성형체를 가열하는 방법에 개의치 않고 다양한 투입전력의 같은 패턴이 사용될 수 있다.
더군다나, 제8도의 곡선은 전력이 연속적으로 제공됨을 나타낸다.
이 다음에 설명된 것처럼, “on”상태와 “off”상태 간에 또는 감소된 수준에 인가된 전력을 주기적으로 펄스로 주입하는 장점이 있을 수 있다.
펄스전원이 사용된다면, 제8도의 곡선은 “on”상태의 전력을 나타낸다.
부착물을 조정하려는 더 나은 방법은 반응기 챔버 안에서 압력을 조정하는 것이다. 초기에 예비성형체의 표면을 냉각시켜 부착물이 내부에서 주로 발생되도록 하는게 바람직하다. 냉각은 전구물질액체의 비등 또는 증발 및 대류 게다가 복사열전달로써 발생한다. 예비성형체의 중앙이 밀도강화되면 예비성형체 외부의 밀도강화가 빠르게 밀도강화되기 때문에 표면이 바람직하게 덜 냉각된다.
냉각을 감소시키기 위해 반응기 챔버의 압력을 조정할 수 있다.
예를들어, 압력은 벤트스택(136)을 막음으로써 단순히 증가될 것이다.
상기 설명된 것처럼, 예비성형체의 내부에서 우선적으로 밀도강화가 발생하는게 바람직하다. 선행의 공정조정기술은 예비성형체의 가열을 조정함으로써 밀도강화공정을 조정하는 것에 관한 것이다. 또한 예비성형체에 증기의 확산을 조정하는 것도 가능하다. 만일 예비성형체의 내부부분에 더 많은 증기가 접촉되거나 예비성형체 내부의 증기농도가 증가된다면 밀도강화는 예비성형체의 내부에서 우선적으로 발생할 것이다. 예비성형체 내부에 부착물을 형성시킬 물질의 농도를 증가시키는 한가지 방법은 예비성형체의 가열을 펄스로 주입하는 것이다.
펄스가열은 가열이 발생하지 않거나 가열이 감소될때 증기가 예비성형체에 확산되어 부착물이 형성될때 부산물을 생성시킨다.
예를들어, 만일 시클로헥산이 전구물질액체로 사용될 때 H2는 부산물로서 생성된다.
코일에 대한 전력(유도가열이 사용될때) 또는 예비성형체에 대한 전력(저항가열이 사용될때)이 예비성형체에 H2가 확산되기에 충분한 긴주기 동안 주기적으로 단속된다면, 가열이 다시 시작될때 더 많은 시클로헥산 증기가 예비성형체에 확산될 수 있다. 그러므로 H2가 분산될때 시클로헥산 증기의 농도는 더 높아질 것이다.
가열은 상대적으로 짧은 시간주기로 단속할 필요가 있다. 시간의 길이는 예비성형체의 크기에 의존하고 또한 밀도강화의 단계에 의존한다.
부산물이 두꺼운 예비성형체의 중앙에 그리고나서 가장자리에 확산되는 것은 더 오래 걸릴 것이다. 결론적으로 예비성형체의 내부가 밀도강화될때 밀도강화 사이클의 초기부분동안 시간의 더긴 주기동안 가열을 단속사는게 바람직할 수 있다.
가열은 바람직하게도 0.01초 내지 10분 사이의 주기, 더 바람직하게는 0.01 내지 3분의 주기로 단속해야할 것이다. 가열은 부산물이 생성되는 속도에 반비례한 길이의 간격, 바람직하게는 약 0.01초와 3분 사이에서 단속해야할 것이다.
또한 단속가열은 더 강한 완성부품을 만드는 부가적인 장점을 제공한다.
밀도강화된 부품의 강도는 부착된 물질의 강도에 어느 정도 기인한다.
부착된 물질의 강도는 이것의 미세구조로써 차례로 구술된다. 물질이 부착됨으로서 결정도메인(crystalline domains)은 성장한다.
비록 모든 도메인은 작지만 이 부분은 보다 더 강하다. 재핵형성작용을 일으키는 온도로 이부분을 냉각시키기에 충분한 긴 기간동안 가열을 단속시키는 것은 더 작은 도메인을 산출한다. 예비성형체를 만드는데 사용된 섬유의 직경보다 더 작은 대체적으로 5미크론 이하인 도메인은 작다고 고려된다.
이 가열은 바람직한 크기로 도메인을 성장시키는데 걸리는 시간동안 예비성형체에 이용되야할 것이다. 대략 0.1초 내지 5분의 시간이 일반적이다.
그러므로 가열은 재핵형성작용 온도이하로 예비성형체를 냉각시키기에 충분한 긴 기긴동안 단속시켜야할 것이다. 0.01초 내지 10초의 시간이 일반적이다.
부착물은 온도에 지수함수적으로 의존하기 때문에 겨우 10℃에서 200℃정도 까지의 냉각이 재핵형성작용을 일으키는데 충분할 수 있다.
또한 입자크기를 조정하는 것은 브레이크에 사용되는 것처럼 마찰물질을 만드는데 중요하다. 보다 작은 도메인은 보다 큰 도메인과는 다른 마찰계수를 유도할 수 있다. 그러므로 도메인 크기를 조정하는 것은 바람직한 마찰계수이내로 물질을 만든다.
펄스는 일정한 효율사이클(duty cycle)을 필요로 하지 않거나 일정한 간격으로 발생될 필요가 없다는 것에 주의해야할 것이다.
예를들어, 제8도에서 나타낸 것처럼, 전력수준은 밀도강화사이클 동안 변할 수 있다.
펄스특성은 전력수준에 따라 변할 수 있다.
예비성형체의 내부에 물질의 부착을 증가시키려는 다른 방법은 액체전구물질 안에서 압력파의 사용에 의한 것이다. 이파는 이 부분에 전구물질을 억지로 밀어넣고 부산물을 꺼내는 밀도파로서 증기중에서 두드러진다.
상기 설명된 것처럼 시스템에서, 압력파는 비등하는 액체전구물질과 관련된 기포의 생성 및 수축 때문에 액체중에 존재한다.
파의 크기는 전구물질액체 또는 반응용기의 외부를 냉각시킴으로써 증가시킬 수 있다. 예를들어, 제1도에서 필터(116)에 액체를 냉각시키기 위한 냉각부가 포함될 수 있다. 선택적으로, 반응기(100)는 물 또는 약간의 다른 냉각 메카니즘으로써 자켓을 씌울수 있다.
전구물질액체 안에서 압력파를 생성하는 또하나의 해결방법은 전구물질액체중에 하나 또는 그 이상의 트랜스듀서(transducers)를 두는 것이다.
음파 또는 초음파 트랜스듀서가 사용될 수 있다. 트랜스듀서는 전구물질액체 안에서 파를 생성하기 위해 펄스를 줄수 있다. 또한 예비성형체 또는 전구물질 액체의 기계적 교반 또는 교반을 발생시킬 수 있다.
제6도는 또하나의 코일배열을 나타낸다. 여기서, 예비성형체(602)로 형성된 디스크는 “팬케익”코일(604) 사이에 위치한다. 팬케익코일(604)이, 예를들어, 코일(304 : 제3도)로서 형성된 코일 보다 예비성형체(602)처럼 어떤 예비성형체의 중앙에서 더 효율적으로 가열할 것이다. 또한 팬케익코일은 관통두께 저항율이 높은 예비성형체에 대해서 유용하거나 코일(104, 제1도) 같은 코일의 축을 따르는 가장자리를 포함하는 예비성형체를 가열시키는데 유용하다.
제6도는 연속적 권선 사이의 균일한 공간을 가지는 팬케익코일(604)을 나타낸다.
비균일공간은 몇몇 경우에는 바람직할 수 있다.
예를들어, 만일 예비성형체(602)가 중앙에 홀이 있는 디스크라면 권선밀도는 예비성형체의 외부와 예비성형체 중앙 홀의 외부 사이의 중간영역에서 증가될 수 있다.
유도가열 시스템에 통상적으로 사용된 설계기술이 바람직하게도 사용된다.
제6도는 개방메시(open mesh 610) 위에 놓인 예비성형체(602)를 나타낸다.
개방메시(610) 또는 다른 유사한 지지구조는 예비성형체(602) 표면 아래에 전구물질액체(608)가 도달할 때까지 예비성형체(602)를 고정시킨다.
일반적으로, 탄소-탄소조성물에 대한 예비성형체는 수지 또는 피치와 결합된 섬유로 만들어진다. 그리고나서 수지 또는 피치가 탄소로 전화하는 높은 온도까지 가열시킨다. 탄소는 아직 다공성이고 아직 밀도강화될 것이 틀림없다.
그러나 예비성형체는 일반적으로 상당히 단단하며 예비성형체를 지지하는 많은 방법이 가능하다. 제6도의 예비성형체는 탄화된 수지 또는 피치와 결합되지 않았기 때문에 건조 예비성형체라 불린다. 건조 예비성형체의 한가지 형태는 섬유층을 쌓고 날카로운 바늘로 적층을 꿰매서 만든 “바늘형”예비성형체이다.
바늘로 층들이 한꺼번에 고정되어 있는 층을 꿰뚫어 섬유를 누빈다.
결과 예비성형체는 덜 단단하며, 프레임 또는 메시(610) 같은 구조위에서 이것의 길이 전부를 지지할 필요가 있다.
또한 건조 예비성형체는 수지 또는 피치와 결합된 예비성형체 보다 더큰 저항력을 가지므로 이 물질을 효율적으로 가열하는데 더 큰 주파수가 요구된다.
예비성형체에 밀도강화가 시작될때 저항력 감소에 대한 보정으로 주파수를 감소시킬 필요가 있다. 유사한 조정이 저항가열에 대해 필요할 수 있다.
전류는 감소된 저항에 대한 보정으로 증가시킬 필요가 있다. 몇몇 예비성형체에 대하여, 매우 높은 주파수가 효율적인 유도가열을 제공하는데 필요할 것이다.
이런 사실도 설명된 것처럼 저항가열이 사용될 수 있다. 선택적으로, 고주파수 에너지가 유도코일 보다 오히려 마이크로파 공급원으로 부터 생성될 수 있다.
만일 마이크로파가 사용된다면, 반응용기는 마이크로파에너지를 반영하는 물질로 만들어져야하며 마이크로파노(microwave furnace)로 사용된 캐버티와 같은 형태로 형성되어야 한다. 필요한 경우, 반응용기의 구멍은 사용된 주파수의 1/4파장 보다 작거나 1/4파장 이하의 구멍을 가지는 전도성 메시로 덮어야 한다.
300MHz 내지 300GHz 범위의 주파수가 사용될 수 있고 더 바람직하게는 915MHz 내지 2.45GHz 범위의 주파수가 사용될 수 있다.
이런 고주파수 전원 사용에 대한 방안은 예비성형체에 서셉터를 삽입시키는 것이다. 서셉터는 빠르게 가열될 수 있는 물질이다. 지금까지 흑연조각이 서셉터로서 사용되었다. 제9도는 예비성형체(900)로 형성된 디스크 단면적을 나타낸다. 예비성형체(900)는 서셉터로서 작용하는 코어(904)를 가진다.
코어(904)는 흑연이거나 탄소이거나 사용시 가열공급원으로써 형성된 에너지 형태에 노출될때 빠르게 가열되는 약간의 다른 물질일 것이다.
예비성형체(900)의 다공성부분(902)은 코어(904)를 둘러싼다. 부분(902)은 코어(904) 둘레에 통상적인 탄소/페놀류 물질을 몰딩함으로써 사용할 수 있다.
방안으로서 탄소펠트의 시트를 코어(904) 위 및 아래에 놓는다.
그리고나서 탄소펠트의 시트를 한꺼번에 꿰맨다. 코어(904)는 어떠한 서셉터 물질일 수도 있다. 특히 유용한 서셉터는 앞서서 밀도강화된 디스크일 것이다.
예를들어서, 비행기 브레이크는 탄소/탄소디스크로 만든다.
사용시, 디스크가 닳아서 종종 폐기된다. 만일 이렇게 닳은 디스크가 가공된다면, 이것들은 코어(904)를 형성하는데 사용되어 새로운 디스크를 만들 수 있다.
이런식으로 사용된 디스크는 새로운 물품으로 실질적으로 전환된다.
본발명의 상세하게 설명된 여러가지 구체예를 가지고, 이 분야의 숙련자는 본발명으로부터 벗어나지 않으며 여러가지 선택적인 구체예를 구상할 수 있다.
무한한 반응기 형태가 가능하다. 많은 적당한 물질은 여기서 설명된 장비를 만드는 동안 발견될 수 있다. 또한 섬유질 예비성형체 형태인 다공성 빌릿이 설명되었으나 예비성형체의 많은 타입은 여기서 정의된 방법 및 장치로 밀도강화시킬 수 있다. 더군다나, 탄소로 밀도강화된 탄소섬유 예비성형체가 예로서 사용되었다. 탄소섬유 예비성형체는 세라믹으로 밀도강화시킬 수 있지만 세라믹 섬유는 탄소 또는 세라믹으로 밀도강화시킬 수 있다. 또한 선속농축기(flux concentrators)는 여기서 설명된 것처럼 유도코일과 결합되어 사용될 수 있다.
예를들어서, 제6도는 대칭적인 장(field) 패턴을 생성하는 팬케익코일을 나타낸다.
페라이트 볼(ferrite balls) 같은 선속농축기 또는 Fluxtrol 회사에서 구입한 상업용 생산물 Fluxtrol 선속농축기가 사용될 수 있다.
예를들어, 선속농축기를 예비성형체와 떨어뜨려 코일의 외부에 위치시켜 예비성형체로 더 많은 생성된 선속을 향하게 할수 있다.
따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범위 및 취지로써만 제한될 수 있다.

Claims (33)

  1. 다음 사항으로 이루어진 다공성 빌릿을 밀도강화시키기 위한 반응기 : (a) 전구물질액체를 함유하는 반응기(100) ; 및 (b) 반응기내에서, 전구물질액체를 열분해시키고 빌릿의 세공내에서 물질을 부착시키기에 충분한 온도로 다공성 빌릿(302, 402, 502, 602)을 가열시키는 수단(104, 304, 404, 504, 604).
  2. 제1항에 있어서, 가열수단이 유도코일(104, 304, 504, 604)로 이루어진 것을 특징으로 하는 반응기.
  3. 제1항에 있어서, 가열수단이 예비성형체와 전기적으로 접촉하는데 적합한 연결자를 가지는 전극(404)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반응기.
  4. 제3항에 있어서, 전극이 예비성형체를 수용하기에 적합하도록 슬롯(406)이 있는 전도성소자 및 전도성소자 위에 끼워진 너트(410)로 이루어진 것을 특징으로 하는 반응기.
  5. 제1항에 있어서, 가열수단이 다음 사항으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반응기 : (a) 유도코일(504); 및 (b) 예비성형체(502)와 전기적으로 접촉하기에 적합한 연결자를 가지는 전극(506).
  6. 제2항에 있어서, 부가적으로 예비성형체 및 유도코일을 고정시키기 위한 고정장치(200)로 이루어진 것을 특징으로 하는 반응기.
  7. 제2항에 있어서, 유도코일이 팬케익코일(604)인 것을 특징으로 하는 반응기.
  8. 제7항에 있어서, 부가적으로 코일에 인접한 예비성형체를 지지시키기 위한 다공성 수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반응기.
  9. 제1항에 있어서, 부가적으로 전구물질액체를 냉각사키기 위한 수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반응기.
  10. 제9항에 있어서, 반응기가 전구물질액체 둘레에 체벽을 가지며 액체를 냉각시키는 수단이 체벽을 냉각시키는 수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반응기.
  11. 제1항에 있어서, 전구물질액체 안에서 파를 발생시키는 수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반응기.
  12. 제11항에 있어서, 파를 발생시키는 수단이 트랜스듀서로 이루어진 것을 특징으로 하는 반응기.
  13. 다음 단계로 이루어진 다공성 빌릿 및 밀도강화방법 : (a) 전구물질액체 안에 빌릿을 침지시키는 단계 ; 및 (b) 전구물질액체 안에 침지된 열발생수단으로 빌릿을 가열시키는 단계.
  14. 제13항에 있어서, 가열단계가 전구물질액체 안에 침지된 유도코일로 유도가열하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제13항에 있어서, 가열단계가 예비성형체에 전류를 통과시킴으로써 저항적으로 가열하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제13항에 있어서, 가열단계가 예비성형체를 저항적으로 및 유도적으로 가열하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제13항에 있어서, 전구물질액체가 유기실란으로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제13항에 있어서, 전구물질액체가 탄화수소로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제13항에 있어서, 전구물질액체가 탄화수소 및 유기실란의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제14항에 있어서, 다공성 빌릿이 한꺼번에 꿰매진 탄소섬유의 층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제15항에 있어서, 다공성 빌릿이 한꺼번에 꿰매진 탄소섬유의 층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제16항에 있어서, 다공성 빌릿이 한꺼번에 꿰매진 탄소섬유의 층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제13항에 있어서, 가열단계가 0.01분과 10분 사이의 주기동안 가열을 단속하는 것으로 이루어진 방법.
  24. 제23항에 있어서, 가열이 0.1초 내지 5분 범위의 간격으로 단속하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제23항에 있어서, 단속된 가열의 주기가 밀도강화 사이클 동안 감소되는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 다음 단계로 이루어지는 다공성 빌릿 밀도강화 방법 : (a) 전구물질액체에 빌릿을 침지시키는 단계; 및 (b) 빌릿에 전류를 통과시키는 단계.
  27. 제26항에 있어서, 전류가 전구물질액체 안에서 전극을 통해 다공성 빌릿과 결합되는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 다음 단계로 이루어진 다공성 빌릿 밀도강화 방법 : (a) 전구물질액체안에 빌릿을 침지시키는 단계; 및 (b) 전구물질액체가 빌릿의 세공내에 부착물을 형성시키기에 충분한 온도로 1차 가열방법으로써 및 2차 가열방법으로써 빌릿을 가열시키는 단계.
  29. 제28항에 있어서, 가열단계가 1차 가열방법 및 2차 가열방법으로써 동시에 가열시키는 것으로 이루어진 방법.
  30. 제28항에 있어서, 가열단계가 1차 가열방법으로써 단독으로 1차 가열하고나서 1차 및 2차 가열방법으로써 동시에 가열하는 것으로 이루어진 방법.
  31. 제28항에 있어서, 2차 가열방법에 대한 1차 가열방법으로써 제공된 가열의 비율이 단조증가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 다음 단계로 이루어진 다공성 빌릿 밀도강화 방법: (a) 전구물질액체 안에 빌릿을 침지시키는 단계; (b) 전구물질액체가 비등을 일으키고 전구물질액체가 빌릿의 세공내에서 부착물로 전화를 일으키는 온도로 예비성형체를 가열시키는 단계; 및 (c) 전구물질액체 안에서 파를 발생시키는 단계.
  33. 제32항에 있어서, 파를 발생시키는 단계가 전구물질액체 안에서 트랜스듀서를 작동시킴으로써 파를 발생시키는 것으로 이루어진 방법.
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