KR101901870B1 - Method of forming fiber reinforced ceramic composite channels for regenerative cooling, fiber reinforced ceramic composite, and engine nozzle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 섬유강화 세라믹 복합재료에 재생냉각형 유로를 형성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a regenerative cooling type flow path in a fiber reinforced ceramic composite material.
최근 항공기, 미사일, 로켓 등의 엔진 시스템 또는 추진 시스템의 작동 온도가 증가하고 있다. 고온에서 엔진 시스템 또는 추진 시스템을 작동하는 것은 엔진 시스템 또는 추진 시스템의 작동 효율을 증가시키기 위함이다. 그러나 1000℃ 이상의 고온에서 엔진 시스템 또는 추진 시스템을 작동할 경우, 엔진 시스템 또는 추진 시스템을 이루는 구조물의 강도가 저하될 수 있다.Recently, the operating temperature of engine systems or propulsion systems such as airplanes, missiles, and rockets is increasing. Operating the engine system or the propulsion system at high temperatures is to increase the operating efficiency of the engine system or the propulsion system. However, when operating the engine system or the propulsion system at a high temperature of 1000 ° C or more, the strength of the engine system or the structure constituting the propulsion system may be reduced.
이에, 항공기, 미사일, 로켓 등의 내부의 고온 환경에 노출되는 연소기, 노즐, 열교환기 등의 구조물에는 재생냉각형 유로가 설치된다. 재생냉각형 유로에 연료가 주입되면, 열교환에 의해 구조물의 온도는 낮아지고 연료의 온도는 높아진다. 따라서 구조물의 내열성이 확보될 수 있다. 그리고 연소 전 연료의 온도가 미리 높아지므로, 연소 효율이 향상될 수 있다.Accordingly, regenerative cooling type flow paths are provided in structures such as a combustor, a nozzle, and a heat exchanger which are exposed to a high temperature environment such as an aircraft, a missile, and a rocket. When the fuel is injected into the regenerative cooled flow path, the temperature of the structure is lowered and the temperature of the fuel is raised by the heat exchange. Therefore, the heat resistance of the structure can be secured. Since the temperature of the fuel before the combustion is increased in advance, the combustion efficiency can be improved.
최근 상기 구조물 소재로 기존의 금속 대신, 내열성이 우수한 섬유강화 세라믹 복합재료가 이용되고 있다. 그러나 인성과 강도가 높은 섬유강화 세라믹 복합재료에 홀 가공을 통해 재생냉각형 유로를 형성하는 것은 매우 어렵다.Recently, a fiber-reinforced ceramic composite material excellent in heat resistance has been used instead of the conventional metal as the material of the structure. However, it is very difficult to form a regenerative cooling type flow path through hole processing in a fiber reinforced ceramic composite material having high toughness and high strength.
종래의 재생냉각형 유로 형성방법은 다음과 같다. 먼저, 하부 평판, 재생냉각형 유로 튜브, 및 상부 평판이 각각 제조된다. 이들은 모두 섬유강화 세라믹 복합재료 재질이다. 다음, 상기 하부 평판 상면에 상기 재생냉각형 유로 튜브가 접합된다. 다음, 상기 상부 평판 하면에, 상기 하부 평판 상면에 접합된 상기 재생냉각형 유로 튜브가 접합된다. 그러나 이 방법은, 섬유강화 세라믹 복합재료 재질의 하부 평판, 재생냉각형 유로 튜브, 및 상부 평판이 각각 제조되므로, 공정 시간이 길다. 무엇보다도 이 방법으로는 복잡한 형상의 재생냉각형 유로를 형성하기 어렵다.A conventional regenerative cooling type flow path forming method is as follows. First, a lower flat plate, a regenerative cooling type channel tube, and an upper flat plate are manufactured, respectively. These are all fiber reinforced ceramic composite materials. Next, the regenerative cooling type flow path tube is bonded to the upper surface of the lower flat plate. Next, the regenerative cooling type flow tube joined to the upper surface of the lower flat plate is bonded to the lower surface of the upper flat plate. However, this method has a long process time because the lower plate, the regenerated cooling tube, and the upper plate of the fiber-reinforced ceramic composite material are respectively manufactured. Above all, it is difficult to form a regenerative cooling type flow path of complicated shape by this method.
미국 등록특허 제7479302호(특허문헌 1)는 재생냉각형 유로를 포함하는 프리폼(preform)을 제조한 후 프리폼 내부를 세라믹 매트릭스로 채우는 방법을 개시한다. 특허문헌 1의 도 1에 도시된 연소실 구조체는 복잡한 형상을 가지고, 그 연소실 구조체에 형성된 재생냉각형 유로 역시 복잡한 형상을 가진다. 즉, 특허문헌 1에 개시된 방법을 통해 복잡한 형상의 재생냉각형 유로가 형성될 수 있다. 그러나 이 방법에 따르면, 프리폼 제조를 위해 고가의 브레이딩(braiding) 장치 또는 고가의 3차원 직조 장치가 필요하다.U.S. Patent No. 7479302 (Patent Document 1) discloses a method of manufacturing a preform including a regenerative cooling type flow path and then filling the interior of the preform with a ceramic matrix. The combustion chamber structure shown in Fig. 1 of
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 섬유강화 세라믹 복합재료에 저비용 단순 공정으로 복잡한 형상의 재생냉각형 유로를 형성하는 것이다. 상기 저비용 단순 공정은 강화섬유를 포함하는 구조체를 적층하는 도중에 상기 재생냉각형 유로를 형성한 후, 상기 강화섬유 주변에 규소 매트릭스와 상기 규소 매트릭스 내 탄화규소 입자를 생성하는 공정이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a regenerative cooling type flow path of a complicated shape in a fiber-reinforced ceramic composite material by a low-cost simple process. The low-cost simple process is a process of forming the regenerative cooling type flow path during the lamination of the structure including the reinforcing fiber, and then forming the silicon matrix and the silicon carbide particles in the silicon matrix around the reinforcing fiber.
그러나 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 위에서 기술된 과제로 제한되지 않으며, 기술되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-described problems, and other problems that are not described can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 다음과 같다.In order to achieve the above object, the present invention is constructed as follows.
제1폴리머 수지 및 상기 제1폴리머 수지 내 위치하는 제1강화섬유를 포함하는, 하부 구조체를 준비하는 단계; 상기 준비된 하부 구조체의 일부분을 함몰시켜, 함몰된 공간인 함몰부를 상기 하부 구조체에 형성하는 단계; 상기 형성된 함몰부를 유로 채움 물질로 충전하는 단계; 제2폴리머 수지 및 상기 제2폴리머 수지 내 위치하는 제2강화섬유를 포함하는, 상부 구조체를 준비하는 단계; 상기 준비된 상부 구조체로 상기 유로 채움 물질 및 상기 하부 구조체를 덮는 단계; 상기 상부 및 하부 구조체를 열처리하여, 상기 제1폴리머 수지 및 제2폴리머 수지를 탄화시키는 단계; 및 상기 상부 및 하부 구조체에 용융 규소를 침투시켜, 섬유강화 세라믹 복합재료를 제조하는 단계를 포함하고, 상기 탄화시키는 단계에서 재생냉각형 유로가 형성되는 것인, 섬유강화 세라믹 복합재료 재생냉각형 유로 형성방법이 제공된다.Preparing a substructure comprising a first polymeric resin and a first reinforcing fiber located within the first polymeric resin; Depressing a portion of the prepared substructure to form a depression in the substructure, the depression being a recessed space; Filling the formed depression with a filler material; A second polymeric resin and a second reinforcing fiber located in the second polymeric resin; Covering the flow path filling material and the lower structure with the prepared upper structure; Heat treating the upper and lower structures to carbonize the first polymer resin and the second polymer resin; And a step of infiltrating the upper and lower structures with molten silicon to produce a fiber reinforced ceramic composite material, wherein the regenerated cooling flow path is formed in the carbonizing step. / RTI >
상기 제1폴리머 수지 및 제2폴리머 수지는 열경화성 수지를 포함할 수 있다.The first polymer resin and the second polymer resin may include a thermosetting resin.
상기 열경화성 수지는 페놀 수지, 폴리에스터 수지, 및 에폭시 수지로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 수지를 포함할 수 있다.The thermosetting resin may include at least one resin selected from the group consisting of a phenol resin, a polyester resin, and an epoxy resin.
상기 제1강화섬유 및 제2강화섬유는 탄소 강화섬유 또는 탄화규소 강화섬유일 수 있다.The first reinforcing fiber and the second reinforcing fiber may be carbon reinforcing fibers or silicon carbide reinforced fibers.
상기 유로 채움 물질은 에폭시, PVB, PVC, 폴리에스터, 및 폴리에틸렌으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.The flow-through material may include at least one material selected from the group consisting of epoxy, PVB, PVC, polyester, and polyethylene.
상기 유로 채움 물질은 질화붕소를 더 포함할 수 있다.The flow path filling material may further include boron nitride.
상기 하부 구조체를 준비하는 단계는 강화섬유 성형체를 준비하는 단계; 상기 강화섬유 성형체를 액상 폴리머 수지로 함침하는 단계; 및 상기 폴리머 수지가 되도록 상기 액상 폴리머 수지를 경화하는 단계를 포함할 수 있다.Preparing the lower structure comprises: preparing a reinforced fiber formed body; Impregnating the reinforcing fiber preform with a liquid polymer resin; And curing the liquid polymer resin to become the polymer resin.
상기 강화섬유 성형체를 함침하는 단계에서, 상기 강화섬유 성형체는 진공 수지이송성형 방법, 수지이송성형 방법, 또는 진공함침 방법으로 함침될 수 있다.In the step of impregnating the reinforced fiber molding, the reinforcing fiber molding may be impregnated with a vacuum resin transfer molding method, a resin transfer molding method, or a vacuum impregnation method.
상기 하부 구조체를 준비하는 단계는, 상기 강화섬유 성형체를 준비하는 단계와 상기 강화섬유 성형체를 함침하는 단계 사이에, 상기 준비된 강화섬유 성형체를 열분해 탄소로 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.The step of preparing the lower structure may further include the step of coating the prepared reinforcing fiber molding with the pyrolytic carbon between the step of preparing the reinforcing fiber molding and the step of impregnating the reinforcing fiber molding.
상기 함몰부를 형성하는 단계에서, 상기 함몰부는 기계가공으로 형성될 수 있다.In the step of forming the depression, the depression may be formed by machining.
상기 섬유강화 세라믹 복합재료 재생냉각형 유로 형성방법은 상기 형성된 함몰부를 충전하는 단계와 상기 상부 구조체를 준비하는 단계 사이에, 상기 유로 채움 물질 표면 및 상기 하부 구조체 표면이 평탄화되도록 상기 유로 채움 물질 표면을 연마하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method for forming a regenerated cooling type flow path of a fiber-reinforced ceramic material according to
상기 탄화시키는 단계에서, 상기 제1폴리머 수지 및 제2폴리머 수지는 각각 상기 제1강화섬유 및 제2강화섬유를 감싸는 탄소 코팅층으로 변환될 수 있다.In the carbonizing step, the first polymer resin and the second polymer resin may be converted into a carbon coating layer surrounding the first reinforcing fiber and the second reinforcing fiber, respectively.
상기 탄화시키는 단계에서, 상기 제1폴리머 수지 및 제2폴리머 수지는 상기 상부 및 하부 구조체의 탄소 매트릭스로 변환될 수 있다.In the carbonizing step, the first polymer resin and the second polymer resin may be converted into carbon matrices of the upper and lower structures.
상기 섬유강화 세라믹 복합재료를 제조하는 단계에서, 상기 침투한 용융 규소 일부와 상기 탄화시키는 단계에서 생성된 탄소가 반응하여 탄화규소 입자를 생성하고, 상기 침투한 용융 규소 나머지는 상기 상부 및 하부 구조체가 결합되도록 경화될 수 있다.In the step of fabricating the fiber-reinforced ceramic composite material, a part of the infiltrated molten silicon reacts with carbon generated in the carbonization step to produce silicon carbide particles, and the infiltrated molten silicon rest is separated from the upper and lower structures And can be cured to bond.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따르면, 강화섬유를 포함하는 구조체를 적층하는 도중에 재생냉각형 유로가 형성된다. 그리고 상기 재생냉각형 유로 형성 후, 상기 강화섬유를 포함하는 상기 구조체가 섬유강화 세라믹 복합재료가 된다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 공정은 완성된 섬유강화 세라믹 복합재료에 홀 가공을 통해 재생냉각형 유로를 형성하는 것이 아니므로, 복잡한 형상의 재생냉각형 유로가 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention having the above-described structure, a regenerative cooling type flow path is formed while the structure including the reinforcing fiber is being laminated. After the regenerative cooling type flow path is formed, the structure including the reinforcing fibers becomes a fiber reinforced ceramic composite material. Therefore, the process according to an embodiment of the present invention does not form a regenerative cooling type flow path through hole processing in the finished fiber-reinforced ceramic composite material, so that a regenerated cooling type flow path of a complicated shape can be formed.
또한, 상기 공정은 단순한 공정일 뿐 아니라, 고가의 브레이딩 장치 또는 고가의 3차원 직조 장치로 재생냉각형 유로를 포함하는 프리폼을 제조하는 공정을 수반하지 않으므로, 저비용 공정이다.In addition, this process is not only a simple process but also a low-cost process because it does not involve a step of producing a preform containing a regenerated cooling type flow path by an expensive braiding device or an expensive three-dimensional weaving device.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 경화된 폴리머 수지를 포함하는 하부 구조체에 재생냉각형 유로가 될 함몰부가 형성되므로, 이후 열처리 공정, 용융 규소 침투 공정, 기타 가압 공정을 거치더라도, 재생냉각형 유로의 형태, 치수 등이 변화하지 않는다.In addition, according to an embodiment of the present invention, since the depressed portion to be the regenerated cooling channel is formed in the lower structure including the cured polymer resin, even if the heat treatment process, the molten silicon infiltration process, The shape and dimensions of the flow path are not changed.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상부 구조체와 하부 구조체가 경화된 용융 규소에 의해 결합되므로, 상기 상부 구조체와 상기 하부 구조체를 브레이징(brazing)하는 경우와는 달리, 상기 상·하부 구조체 간 유격이 발생하지 않는다.According to an embodiment of the present invention, since the upper structure and the lower structure are combined by the cured fused silicon, unlike the case where the upper structure and the lower structure are brazed, No play occurs.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상부 구조체와 하부 구조체가 결합되지 않은 상태에서, 유로 채움 물질이 상부 구조체를 안정적으로 지지할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, in a state in which the upper structure and the lower structure are not coupled, the flow path filling material can stably support the upper structure.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 유로 채움 물질에 포함된 질화붕소는 용융 규소가 유로 내부로 흘러 들어가 유로의 형태, 치수 등을 변화시키는 것을 방지할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, boron nitride contained in the flow path filling material can prevent molten silicon from flowing into the flow path and changing the shape, dimensions, and the like of the flow path.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유강화 세라믹 복합재료 재생냉각형 유로 형성방법을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유강화 세라믹 복합재료 재생냉각형 유로 형성방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 구조체 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유강화 세라믹 복합재료 재생냉각형 유로 형성방법을 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유강화 세라믹 복합재료 재생냉각형 유로 형성방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 제조예에 따른 섬유강화 세라믹 복합재료 재생냉각형 유로 형성방법을 나타내는 이미지이다.
도 7은 본 발명의 일 제조예에 따른 섬유강화 세라믹 복합재료 재생냉각형 유로 형성방법을 나타내는 이미지이다.1 is a schematic view showing a method of forming a regenerated cooling type flow path of a fiber-reinforced ceramic composite material according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of forming a regenerated cooling type flow path of a fiber-reinforced ceramic composite material according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method of fabricating a substructure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view showing a method of regenerating and cooling a fiber-reinforced ceramic composite material flow path according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a method of forming a regenerated cooling type flow path of a fiber-reinforced ceramic composite material according to an embodiment of the present invention.
6 is an image showing a method for forming a regenerated cooling type flow path of a fiber-reinforced ceramic composite material according to one embodiment of the present invention.
7 is an image showing a method of regenerating and cooling a fiber-reinforced ceramic composite material flow path according to one embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부된 도면이 참조되어 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예가 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있고 여기에서 설명되는 실시예에 한정되어 이해되어서는 안된다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
본 발명의 실시예의 명확한 설명을 위해, 첨부된 도면에서 설명과 관계없는 부분은 생략된다. 그리고 본 명세서 전체에서 유사한 부분에는 유사한 도면 부호가 붙는다.For clarity of explanation of the embodiments of the present invention, parts that are not related to the description in the accompanying drawings are omitted. Like parts throughout the specification are labeled with like reference numerals.
본 명세서에서 사용되는 용어는 다양한 실시예를 설명하기 위한 것이지, 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다. 제1구성요소가 제2구성요소에 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 표현될 때, 이는 상기 제1구성요소가 상기 제2구성요소에 "직접적으로 연결"되거나 또는 제3구성요소를 통해 "간접적으로 연결"될 수 있다는 것을 의미한다. 단수의 표현은, 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현들을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것이 존재한다는 것을 의미하지, 하나 또는 그 이상의 다른, 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것의 존재 또는 부가 가능성이 배제된다는 것을 의미하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing various embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. When the first component is said to be "connected (connected, contacted)" to a second component, this means that the first component is "directly connected" to the second component, Quot; indirectly "through < / RTI > The singular forms "a," "an," and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. It is also to be understood that the terms " comprises "or" having ", when used in this specification, mean that there are features, numbers, steps, But does not exclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, parts, or combinations thereof.
[실시예 1][Example 1]
도 1(e)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 강화 구조체(7)는 섬유강화 세라믹 복합재료로 되어 있다. 그리고 상기 강화 구조체(7) 내부에는 재생냉각형 유로(6; 이하, “유로”)가 형성되어 있다. 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위해 육면체 형태의 강화 구조체(7)를 도시하나, 상기 강화 구조체(7)는 복잡한 형상일 수 있다. 예를 들어, 상기 강화 구조체(7)는 앞의 특허문헌 1의 도 1에 도시된 연소실 구조체(달리 표현하면, 엔진 노즐) 형상일 수 있다. 그러므로 상기 강화 구조체(7) 내부의 유로(6)도 복잡한 형상일 수 있다. 복잡한 형상의 유로가 제조될 수 있다는 것은 이하에서 설명되는 섬유강화 세라믹 복합재료 유로 형성방법을 통해 이해될 수 있을 것이다.Referring to FIG. 1 (e), the reinforcing
본 발명의 섬유강화 세라믹 복합재료 유로 형성방법은 섬유강화 세라믹 복합재료에 유로를 형성하는 방법이다. 다만, 이 방법은 섬유강화 세라믹 복합재료를 제조한 후 유로를 형성하는 것이 아닌, 유로 형성 후 섬유강화 세라믹 복합재료를 제조하는 방법이다.The method for forming a fiber-reinforced ceramic composite material flow path of the present invention is a method for forming a flow path in a fiber-reinforced ceramic composite material. However, this method is a method of manufacturing a fiber-reinforced ceramic composite material after forming a flow path, not forming a flow path after manufacturing a fiber-reinforced ceramic composite material.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유강화 세라믹 복합재료 유로 형성방법을 나타내는 모식도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유강화 세라믹 복합재료 유로 형성방법을 나타내는 흐름도이다. 도 1 및 도 2가 참조되어, 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유강화 세라믹 복합재료 유로 형성방법이 설명된다.1 is a schematic view showing a method of forming a fiber-reinforced ceramic composite material flow path according to an embodiment of the present invention. 2 is a flowchart illustrating a method of forming a fiber-reinforced ceramic composite material flow path according to an embodiment of the present invention. Referring to Figures 1 and 2, a method of forming a fiber-reinforced ceramic composite flow path according to one embodiment of the present invention is described.
먼저, 하부 구조체(1)가 준비된다(S110, 도 1(a)). 상기 하부 구조체(1)는 폴리머 수지 및 강화섬유를 포함한다. 강화섬유는 폴리머 수지 내 위치된다. 폴리머 수지는 열경화성 수지를 포함할 수 있다. 구체적으로, 열경화성 수지는 페놀 수지, 폴리에스터 수지, 및 에폭시 수지로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 수지를 포함할 수 있다. 그리고 강화섬유는 탄소 강화섬유 또는 탄화규소 강화섬유일 수 있다. 상기 하부 구조체(1)는 다음과 같이 제조될 수 있다.First, the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 구조체(1) 제조방법을 나타내는 흐름도이다. 도 3이 참조되어, 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 구조체(1) 제조방법이 설명된다.3 is a flowchart showing a method of manufacturing the
먼저, 강화섬유 성형체가 준비된다(S111). 소재 측면에서, 상기 강화섬유 성형체는 폴리아크릴로니트릴계 성형체, 레이온계 성형체, 또는 피치계 성형체일 수 있다. 형상 측면에서, 상기 강화섬유 성형체는 2차원 성형체 또는 3차원 성형체일 수 있다. 그리고 직조 측면에서, 상기 강화섬유 성형체는 평직 강화섬유(plain weave reinforced fiber)일 수 있다.First, a reinforced fiber formed body is prepared (S111). On the material side, the reinforcing fiber-formed body may be a polyacrylonitrile-based molded body, a rayon-based molded body, or a pitch-based molded body. In terms of the shape, the reinforced fiber formed body may be a two-dimensional molded body or a three-dimensional molded body. On the woven side, the reinforcing fiber formed body may be a plain weave reinforced fiber.
다음, 상기 준비된 강화섬유 성형체가 열분해 탄소(PyC, Pyrolytic Carbon)로 코팅된다(S112). 상기 강화섬유 성형체는 프로판 가스와 질소 가스 분위기가 형성된 전기로에 투입될 수 있다. 전기로 내 프로판 가스와 질소 가스의 부피비는 1:10 내지 10:1일 수 있다. 프로판 가스 및 질소 가스 분위기에서, 전기로 내 온도가 900 내지 1000℃로 상승하여, 프로판 가스가 열분해될 수 있다. 이에 따라, 상기 강화섬유 성형체 표면이 열분해 탄소로 코팅될 수 있다. 상기 강화섬유 표면의 탄소는 상기 강화섬유의 산화를 방지할 수 있다.Next, the prepared reinforcing fiber preform is coated with pyrolytic carbon (PyC) (S112). The reinforcing fiber preform may be introduced into an electric furnace in which a propane gas and a nitrogen gas atmosphere are formed. The volume ratio of propane gas and nitrogen gas in the furnace may be from 1:10 to 10: 1. In the atmosphere of propane gas and nitrogen gas, the temperature in the furnace rises to 900 to 1000 ° C, and propane gas can be pyrolyzed. Accordingly, the surface of the reinforcing fiber molded body can be coated with the pyrolytic carbon. The carbon on the surface of the reinforcing fiber can prevent oxidation of the reinforcing fiber.
다음, 열분해 탄소로 코팅된 상기 강화섬유 성형체가 액상 폴리머 수지로 함침된다(S113). 함침 방법은 진공 수지이송성형(VARTM, Vacuum Assisted Resin Transfer Molding) 방법, 수지이송성형 방법(RTM, Resin Transfer Molding), 또는 진공함침(VI, Vacuum Impregnation) 방법일 수 있다.Next, the reinforcing fiber preform coated with the pyrolytic carbon is impregnated with the liquid polymer resin (S113). The impregnation method may be a Vacuum Assisted Resin Transfer Molding (VARTM) method, a Resin Transfer Molding (RTM) method, or a Vacuum Impregnation (VI) method.
S113 단계에서, 열분해 탄소로 코팅된 상기 강화섬유 성형체는 액상 폴리머 수지 및 첨가제를 포함하는 혼합물로 함침될 수 있다. 첨가제는 탄소 분말 및/또는 규소 분말을 포함할 수 있다. 첨가제가 탄소 분말을 포함하는 경우, 뒤의 단계(S150)에서 폴리머 수지가 열처리에 의해 탄소로 변환되면, 침투한 용융 규소가 변환된 탄소 외에 첨가제의 탄소 분말과도 반응하여 탄화규소 입자를 생성할 수 있다. 첨가제가 규소 분말을 포함하는 경우, S150 단계에서 첨가제의 규소 분말은 폴리머 수지로부터 변환된 탄소와 반응하여 탄화규소 입자를 생성할 수 있다. 첨가제가 탄소 분말 및 규소 분말을 포함하는 경우, S150 단계에서 탄소 분말 및 규소 분말이 반응하여 탄화규소 입자를 생성할 수 있다. 이후 S160 단계에서 용융 규소가 침투하면, 침투한 용융 규소는 폴리머 수지로부터 변환된 탄소 외에 첨가제의 탄소 분말과도 반응하여 탄화규소 입자를 생성할 수 있다. 이와 같이 첨가제가 추가되는 경우, 탄화규소 입자가 더욱 치밀하게 반응소결(reaction sintering, reaction bonding)될 수 있다. 이에 따라, 상기 강화 구조체(7)는 더욱 치밀한 구조를 가져, 그 기계적 물성이 향상될 수 있다.In step S113, the reinforcing fiber formed body coated with the pyrolytic carbon may be impregnated with a mixture containing a liquid polymer resin and an additive. The additive may include carbon powder and / or silicon powder. If the additive comprises a carbon powder, then in step S150, if the polymer resin is converted to carbon by heat treatment, the infiltrated silicon reacts with the carbon powder of the additive in addition to the converted carbon to produce silicon carbide particles . If the additive comprises a silicon powder, the silicon powder of the additive in step S150 may react with the carbon converted from the polymer resin to produce silicon carbide particles. If the additive comprises a carbon powder and a silicon powder, the carbon powder and the silicon powder may react to produce silicon carbide particles in step S150. Thereafter, when the molten silicon is infiltrated in step S160, the infiltrated molten silicon may react with the carbon powder of the additive in addition to the carbon converted from the polymer resin to produce silicon carbide particles. When the additive is added in this way, the silicon carbide particles can be reacted more densely (reaction sintering, reaction bonding). Accordingly, the reinforcing
다음, 액상 폴리머 수지가 경화되어 경화된 폴리머 수지가 된다(S114). 액상 폴리머 수지로 함침된 상기 강화섬유 성형체는 60 내지 100℃ 분위기에서 방치될 수 있고, 이 분위기에서 액상 폴리머 수지는 경화될 수 있다. 이에 따라, 상기 하부 구조체(1)가 제조된다.Next, the liquid polymer resin is cured to form a cured polymer resin (S114). The reinforced fiber preform impregnated with the liquid polymer resin can be left in an atmosphere of 60 to 100 DEG C, and in this atmosphere, the liquid polymer resin can be cured. Thus, the
다시 도 2를 참조하면, 상기 준비된 하부 구조체(1)에 함몰부(2)가 형성된다(S120). 상기 하부 구조체(1)의 일부분이 함몰되어, 함몰된 공간인 상기 함몰부(2)가 형성된다. 도 1(b)를 참조하면, 상기 하부 구조체(1)의 상부 일부가 함몰될 수 있다. 상기 함몰부(2)는 절삭과 같은 기계가공(machining)으로 형성될 수 있다.Referring again to FIG. 2, a
다음, 상부 구조체(4)가 준비된다(S130). 상기 상부 구조체(4)는 상기 하부 구조체(1)의 제조방법과 동일한 방법으로 제조될 수 있으며, 이에 따라 상기 하부 구조체(1) 성분과 동일한 성분을 가질 수 있다. 필요에 따라, 상기 하부 구조체(1)의 폴리머 수지는 제1폴리머 수지로, 강화섬유는 제1강화섬유로 칭해질 수 있다. 또한, 상기 상부 구조체(4)의 폴리머 수지는 제2폴리머 수지로, 강화섬유는 제2강화섬유로 칭해질 수 있다.Next, the
다음, 유로(6)가 형성된다(S140, 도 1(c)). 상기 함몰부(2)가 형성된 상기 하부 구조체(1)는 상기 준비된 상부 구조체(4)로 덮여진다. 상기 함몰부(2)와 상기 하부 구조체(1) 모두 상기 상부 구조체(4)로 덮여진다. 특히, 상기 상부 구조체(4)로 덮여진 상기 함몰부(2)는 유로(6)가 된다. S140 단계에서, 상기 함몰부(2) 및 상기 하부 구조체(1)를 덮은 상기 상부 구조체(4)가 가압될 수 있다. 가압에 의해, 상기 상·하부 구조체는 가접합될 수 있다.Next, a
다음, 상기 상부 및 하부 구조체(1, 4)가 열처리되어, 상기 상부 및 하부 구조체(1, 4)에 포함된 폴리머 수지가 탄화된다(S150, 도 1(d)). 구체적으로, 상기 상부 및 하부 구조체(1, 4)는 로에 장입될 수 있다. 다음, 로 내부에 질소 분위기가 형성될 수 있다. 다음, 로 내부가 상온에서 1000℃까지 0.05 내지 0.2℃/min로 승온될 수 있다. 이 과정에서, 폴리머 수지가 연소되어 탄소 성분만 남고, 나머지 성분은 기체로 변환될 수 있다. 남은 탄소 성분은 폴리머 수지의 양이 많았던 경우 상기 상부 및 하부 구조체(1, 4)의 탄소 매트릭스가 될 수 있다. 이 경우, 도 1(d)에 도시된 것과 같은, 탄소 매트릭스 및 탄소 매트릭스 내 위치하는 강화섬유를 포함하는, 일체의 구조체(5)가 형성될 수 있다. 그러나 폴리머 수지의 양이 적었던 경우 남은 탄소 성분은 강화섬유를 감싸는 탄소 코팅층이 될 수 있다.Next, the upper and
마지막으로, 용융 규소가 상기 상부 및 하부 구조체(1, 4)에 침투하여, 섬유강화 세라믹 복합재료 재질의 상기 강화 구조체(7)가 제조된다(S160, 도 1(e)). 로 내에 있는 상기 상부 및 하부 구조체(1, 4) 표면에 금속 규소가 위치될 수 있다. 다음, 로 내부가 상온에서 1650℃까지 1 내지 7℃/min로 승온될 수 있다. 이 과정에서, 금속 규소가 용융되면서 상기 상부 및 하부 구조체(1, 4)에 침투할 수 있다. 달리 표현하면, 용융 규소가 상기 상부 및 하부 구조체(1, 4)에 침투할 수 있다. 침투한 용융 규소 일부는 S150 단계에서 변환된 탄소와 반응하여 탄화규소 입자를 생성할 수 있다. 그리고 침투한 용융 규소 나머지는 경화되어, 상기 상부 및 하부 구조체(1, 4)를 결합할 수 있다. 상기 강화 구조체(7)에서, 매트릭스는 경화된 용융 규소가 된다. 그리고 그 매트릭스 내에는 강화섬유와 탄화규소 입자가 위치하게 된다. 여기서 탄화규소 입자는 강화섬유 번들 사이에 위치된다. S150 단계에서 상기 상부 및 하부 구조체(1, 4)가 탄소 매트릭스에 의해 결합되더라도, 그 탄소 매트릭스는 탄화규소 입자를 생성하도록 용융 규소와 반응하게 된다. 그러나 S160 단계에서 경화된 용융 규소에 의해 상기 상부 및 하부 구조체(1, 4)가 단단하게 결합된다.Finally, the molten silicon penetrates the upper and
S160 단계에서 생성된 탄화규소 입자는 반응소결된 것이다. 따라서 상기 강화 구조체(7)에서 탄화규소 입자 간 거리는 매우 가깝다. 또한 상기 강화 구조체(7)에서 탄화규소 입자와 강화섬유 간 거리도 매우 가깝다. 즉, 상기 강화 구조체(7)는 치밀한 구조를 가져 기계적 물성이 우수하다.The silicon carbide particles produced in step S160 are reacted and sintered. Therefore, the silicon carbide particle distance in the reinforcing
S120 단계에서 섬유강화 세라믹 복합재료 재질이 아닌 하부 구조체에 유로가 될 함몰부가 형성된 이후, S160 단계에서 섬유강화 세라믹 복합재료 재질의 강화 구조체가 제조된다. 이러한 방법은 완성된 섬유강화 세라믹 복합재료에 홀 가공을 통해 유로를 형성하는 종래 방법과 구별된다. i) 하부 구조체는 섬유강화 세라믹 복합재료보다 인성과 강도가 낮으므로, 하부 구조체에 유로가 될 함몰부를 형성하는 것은 섬유강화 세라믹 복합재료에 유로를 형성하는 것보다 수월하다. ii) 또한, 하부 구조체는 함몰부 형성 시 상부가 개방되어 있다. 위 i), ii)로 인해, 복잡한 형상의 함몰부가 하부 구조체에 형성될 수 있고, 이에 따라, 복잡한 형상의 유로가 상·하부 구조체 사이에 형성될 수 있다.In step S120, a depression to be a flow path is formed in the lower structure other than the fiber-reinforced ceramic composite material, and then a reinforced structure of the fiber-reinforced ceramic material is manufactured in step S160. This method is distinguished from the conventional method of forming the flow path through hole processing in the finished fiber-reinforced ceramic composite material. i) Since the lower structure is lower in toughness and strength than the fiber-reinforced ceramic composite material, it is easier to form depressions to be flow paths in the lower structure than to form a flow path in the fiber-reinforced ceramic composite material. ii) Also, the lower structure is open at the top when the depression is formed. Due to the above i) and ii), depressions of complicated shapes can be formed in the substructure, so that a complicated flow path can be formed between the upper and lower structures.
S120 단계 이전에 하부 구조체의 폴리머 수지는 경화된 상태이다. S120 단계에서 함몰부는 경화된 폴리머 수지를 포함하는 하부 구조체에 형성된다. 함몰부의 형태, 치수는 S140 단계에서 형성되는 유로의 형태, 치수가 된다. S120 단계에서 경화된 폴리머 수지를 포함하는 하부 구조체에 함몰부가 형성되므로, 유로의 형태, 치수는 S140 단계의 가압, S150 단계의 열처리, S160 단계의 용융 규소 침투를 거친 후에도 그대로 유지된다.Prior to step S120, the polymeric resin of the substructure is in a cured state. In step S120, a depression is formed in the lower structure including the hardened polymer resin. The shape and dimensions of the dimples are the shape and dimensions of the flow path formed in step S140. Since the depressions are formed in the lower structure including the cured polymer resin in step S120, the shape and dimensions of the flow path are maintained as they are after the pressurization in step S140, the heat treatment in step S150, and the infiltration of silicon melt in step S160.
[실시예 2][Example 2]
실시예 2에서는 실시예 1과 달리 유로 형성과정에서 유로 채움 물질이 이용된다. 실시예 2의 유로 형성방법을 거쳐 제조된 섬유강화 세라믹 복합재료 재질의 강화 구조체(7, 도 4(f))는 실시예 1의 강화 구조체(7, 도 1(e))와 형태, 재질 등의 측면에서 동일하다.In Example 2, unlike Example 1, a flow-through material is used in the flow path formation process. The reinforced structure 7 (Fig. 4 (f)) of the fiber-reinforced ceramic composite material manufactured through the flow path forming method of Example 2 is different from the reinforced structure 7 (Fig. 1 (e) .
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유강화 세라믹 복합재료 유로 형성방법을 나타내는 모식도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유강화 세라믹 복합재료 유로 형성방법을 나타내는 흐름도이다. 도 4 및 도 5가 참조되어, 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유강화 세라믹 복합재료 유로 형성방법이 설명된다. 다만, 실시예 1과 중복되는 부분에 대한 설명은 생략된다.4 is a schematic view illustrating a method of forming a fiber-reinforced ceramic composite material flow path according to an embodiment of the present invention. 5 is a flowchart illustrating a method of forming a fiber-reinforced ceramic composite material flow path according to an embodiment of the present invention. Referring to FIGS. 4 and 5, a method for forming a fiber-reinforced ceramic composite flow path according to an embodiment of the present invention will be described. However, the description of the parts overlapping with the
먼저, 하부 구조체(1)가 준비된다(S210, 도 4(a)). 다음, 상기 준비된 하부 구조체(1)에 함몰부(2)가 형성된다(S220, 도 4(b)). S210 단계는 S110 단계와 동일하게 진행되고, S220 단계는 S120 단계와 동일하게 진행된다.First, the
다음, 상기 형성된 함몰부(2)가 유로 채움 물질(3)로 충전(充塡)된다(S230, 도 4(c)).Next, the formed
유로 채움 물질(3)은 에폭시, PVB(Polyvinyl butyral), PVC(Polyvinyl chloride), 폴리에스터, 및 폴리에틸렌으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 이러한 물질들은 S260 단계의 열처리에서 열을 받아 제거될 물질들이다.The
유로 채움 물질(3)은 위 물질들(에폭시 ,PVB 등) 외에 질화붕소를 더 포함할 수 있다. 질화붕소는 S260 단계에서 열을 받아도 제거되지 않으나, S270 단계에서 침투한 용융 규소가 유로(6) 내부로 흘러 들어가는 것을 방지할 수 있다.The
다음, 상부 구조체(4)가 준비된다(S240). S240 단계는 S130 단계와 동일하게 진행된다. S230 단계와 S240 단계 사이에, 유로 채움 물질(3) 표면이 연마될 수 있다. 연마에 의해, 유로 채움 물질(3) 표면 및 상기 하부 구조체(1) 표면이 평탄화될 수 있다. 유로 채움 물질(3) 표면 및 상기 하부 구조체(1) 표면이 평평하면, S250 단계에서, 상기 준비된 상부 구조체(4)가 유로 채움 물질(3) 및 상기 하부 구조체(1)를 유격 없이 덮을 수 있다.Next, the
다음, 상기 함몰부(2)를 충전한 유로 채움 물질(3) 및 상기 하부 구조체(1)가 상기 준비된 상부 구조체(4)로 덮여진다(S250, 도 4(d)). 상기 함몰부(2)의 폭이 큰 경우, 상기 하부 구조체(1)만으로는 상기 상부 구조체(4)를 안정적으로 지지하지 못할 수 있다. 또한, S140 단계와 같이 상기 상·하부 구조체 가접합을 위해 상기 상부 구조체(4)가 가압되는 경우, 상기 함몰부(2)를 덮는 상기 상부 구조체(4) 부분은 압력에 의해 파단될 수 있다. 즉, 상기 상부 구조체(4)와 상기 하부 구조체(1)가 결합되지 않은 상태에서, 유로 채움 물질(3)은 상기 상부 구조체(4)를 안정적으로 지지하는 역할을 한다.Next, the flow
다음, 상기 상부 및 하부 구조체(1, 4)가 열처리되어 상기 상부 및 하부 구조체(1, 4)에 포함된 폴리머 수지가 탄화되고, 이와 동시에 유로(6)가 형성된다(S260, 도 4(e)). 열처리에 의해 폴리머 수지가 탄화되는 것은 S150 단계의 경우와 동일하다. 다만 S260 단계에서는, 열처리에 의해 유로 채움 물질(3)이 제거되는 과정이 추가된다. 유로 채움 물질(3)이 제거되고 남은 공간은 유로(6)가 된다.Next, the upper and
그러나 S260 단계에서 열처리에 의해 유로 채움 물질(3)이 제거된다는 표현은 유로 채움 물질(3)이 에폭시, PVB 등의 폴리머일 때 정확한 표현이다. 전술된 바와 같이, 유로 채움 물질(3)이 질화붕소를 더 포함할 경우, 질화붕소를 제외한 유로 채움 물질이 열처리에 의해 제거된다.However, the expression that the flow-
마지막으로, 용융 규소가 상기 상부 및 하부 구조체(1, 4)에 침투하여, 섬유강화 세라믹 복합재료 재질의 강화 구조체(7)가 제조된다(S270, 도 4(f)). S270 단계는 S160 단계와 동일하게 진행된다. 따라서 S270 단계 진행 후, 치밀한 구조를 가지는 강화 구조체(7)가 제조된다.Finally, the molten silicon infiltrates into the upper and
S270 단계에서 침투하는 용융 규소가 유로(6) 내부까지 흘러 들어가면, 유로(6) 내에서 경화된 용융 규소가 유로(6)의 형태나 치수를 변화시킬 수 있다. 그러나 유로 채움 물질(3)이 질화붕소를 더 포함할 경우, 유로(6)에 잔존하는 질화붕소는 용융 규소가 유로(6) 내부로 흘러 들어가는 것을 방지하는 배리어(barrier) 역할을 한다. 이는 질화붕소가 용융 규소를 밀어내는 성질이 있기 때문이다.The molten silicon cured in the
실시예 2의 유로 형성방법은, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 완성된 섬유강화 세라믹 복합재료에 유로를 형성하는 방법이 아니므로, 실시예 2에 따르면 복잡한 형상의 유로가 형성될 수 있다.The flow path forming method of the second embodiment is not a method of forming a flow path in the finished fiber-reinforced ceramic composite material, as in the case of the first embodiment, and therefore, a complicated flow path can be formed according to the second embodiment.
또한, 실시예 2에 따르면, 실시예 1과 마찬가지로, S220 단계에서, 경화된 폴리머 수지를 포함하는 하부 구조체에 함몰부가 형성된다. S220 단계에서 형성된 함몰부의 형태, 치수는 S260 단계에서 형성되는 유로의 형태, 치수가 된다. 즉, S250 단계의 가압, S260 단계의 열처리를 거치더라도 함몰부의 형태, 치수는 변하지 않는다. 특히, 유로 채움 물질은 S250 단계에서 가압이 진행되더라도 함몰부가 형태, 치수를 그대로 유지하는데 기여한다. 그리고 S260 단계에서 형성된 유로의 형태, 치수는 S270 단계의 용융 규소 침투를 거친 후에도 그대로 유지된다.According to the second embodiment, similarly to the first embodiment, in step S220, a depression is formed in the lower structure including the cured polymer resin. The shape and dimensions of the depressions formed in step S220 are the shape and dimensions of the channel formed in step S260. That is, even though the pressing in step S250 and the heat treatment in step S260 are performed, the shape and dimensions of the depressed portion do not change. Particularly, the flow-through material contributes to maintain the shape and dimensions of the depressed portion even if the pressure is increased in step S250. The shape and dimensions of the channel formed in step S260 are maintained even after the silicon melt penetration in step S270.
다만, 유로 채움 물질이 질화붕소를 더 포함할 경우, S220 단계에서 형성된 함몰부의 치수에서 질화붕소의 치수를 ?u 값(S)이 S260 단계에서 형성되는 유로의 치수가 된다. 그러나 이 경우에도, S는 S250 단계의 가압, S260 단계의 열처리, 및 S270 단계의 용융 규소 침투를 거치더라도 변하지 않는다. 이하에서는 제조예가 설명될 것이다.However, if the elongate filler material further includes boron nitride, the dimension of boron nitride in the dimension of the depression formed in step S220 is? U value (S), which is the dimension of the channel formed in step S260. However, even in this case, S does not change even if it is subjected to pressurization in step S250, heat treatment in step S260, and infiltration of molten silicon in step S270. Hereinafter, a production example will be described.
[제조예 1][Production Example 1]
강화섬유 성형체로 폴리아크릴로니트릴계 성형체(Toray, T-300)가 준비되었다.A polyacrylonitrile-based molding (Toray, T-300) was prepared as a reinforced fiber molding.
다음, 상기 준비된 강화섬유 성형체가 전기로에 장입되었다. 전기로 내 분위기는 프로판 가스 및 질소 가스로 형성되었고, 두 가스의 부피비는 1:10으로 설정되었다. 전기로 내 온도가 900℃로 설정되었고, 상기 강화섬유 성형체가 8시간 동안 방치되었다. 그 결과, 상기 강화섬유 성형체가 열분해 탄소로 코팅되었다.Next, the prepared reinforcing fiber preform was charged into an electric furnace. The atmosphere in the furnace was formed of propane gas and nitrogen gas, and the volume ratio of the two gases was set at 1:10. The temperature in the furnace was set at 900 占 폚, and the reinforcing fiber formed body was left for 8 hours. As a result, the reinforcing fiber formed body was coated with pyrolytic carbon.
다음, 열분해 탄소로 코팅된 상기 강화섬유 성형체가 액상 폴리머 수지(액상 페놀 수지)와 첨가제(탄소 분말 및 규소 분말)가 혼합된 혼합물로 함침되었다. 함침 방법으로 진공함침 방법이 이용되었다.Next, the reinforcing fiber preform coated with the pyrolytic carbon was impregnated with a mixture of a liquid polymer resin (liquid phenolic resin) and additives (carbon powder and silicon powder). Vacuum impregnation method was used as impregnation method.
다음, 상기 함침된 강화섬유 성형체가 건조기에 장입되었다. 건조기 내 설정된 온도 80℃에서 액상 폴리머 수지가 경화되어 하부 구조체가 제조되었다.Next, the impregnated reinforcing fiber formed body was charged into a dryer. The liquid polymer resin was cured at a set temperature of 80 캜 in a dryer to prepare a substructure.
다음, 상기 하부 구조체 일부분이 절삭되어, 상기 하부 구조체에 함몰부가 형성되었다(도 6(a)).Next, a portion of the lower structure was cut to form a depression in the lower structure (Fig. 6 (a)).
다음, 상기 형성된 함몰부가 유로 채움 물질(에폭시)로 충전되었다(도 6(b)).Next, the formed depression was filled with a flow path filling material (epoxy) (Fig. 6 (b)).
다음, 상기 하부 구조체와 동일한 방법으로 상부 구조체가 제조되었다.Next, the upper structure was manufactured in the same manner as the lower structure.
다음, 유로 채움 물질 표면 및 상기 하부 구조체 표면에 상기 제조된 상부 구조체가 위치되었다(도 6(c)).Next, the fabricated upper structure was placed on the surface of the elongated filler material and on the surface of the lower structure (Fig. 6 (c)).
다음, 서로 접촉한 상기 상·하부 구조체가 전기로에 장입되었다. 전기로 내 분위기는 질소 가스로 형성되었다. 전기로 내 온도가 1000℃로 설정되었고, 1000℃에서 상기 상·하부 구조체가 열처리되었다. 이에 따라 폴리머 수지가 탄화되었고, 이와 동시에 유로 채움 물질의 90wt% 이상이 제거되었다. 유로 채움 물질이 제거된 공간은 직선 단면을 가지는 유로가 되었다.Next, the upper and lower structures contacted with each other were charged into the electric furnace. The atmosphere in the furnace was formed of nitrogen gas. The temperature in the furnace was set at 1000 占 폚, and the upper and lower structures were heat-treated at 1000 占 폚. As a result, the polymer resin was carbonized, and at the same time, more than 90 wt% of the eluent material was removed. The space from which the filler material was removed became a channel having a straight section.
다음, 상기 열처리된 상·하부 구조체 무게의 150% 무게의 금속 규소 분말이 상기 상부 구조체 표면에 위치되었다. 전기로 내 온도가 1600℃로 설정되었고, 이에 따라 금속 규소 분말이 용융되어 상기 상부 및 하부 구조체로 침투하였다. 침투한 규소가 경화되어, 상기 상·하부 구조체가 결합된 강화 구조체가 제조되었다(도 6(d)).Next, a metal silicon powder having a weight of 150% of the weight of the heat-treated upper and lower structures was placed on the surface of the upper structure. The temperature in the furnace was set at 1600 DEG C, so that the metal silicon powder melted and penetrated into the upper and lower structures. The infiltrated silicon was cured to prepare a reinforced structure in which the upper and lower structures were bonded (Fig. 6 (d)).
[제조예 2][Production Example 2]
제조예 2에서는 제조예 1의 유로보다 복잡한 형상인, 곡선 단면을 가지는 유로가 형성되었다. 이를 제외하고, 제조예 2의 강화 구조체 제조방법은 제조예 1의 강화 구조체 제조방법과 동일하다(도 7(a) 내지 도 7(d)).In Production Example 2, a flow path having a curved cross section, which is more complicated than the flow path of Production Example 1, was formed. Except for this, the method for manufacturing the reinforced structure of Production Example 2 is the same as the method for producing the reinforced structure of Production Example 1 (Figs. 7 (a) to 7 (d)).
본 발명은 도면에 도시된 실시예가 참조되어 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. will be. Therefore, the true scope of the present invention should be defined by the appended claims.
1 : 하부 구조체
2 : 함몰부
3 : 유로 채움 물질
4 : 상부 구조체
5 : 구조체
6 : 유로
7 : 강화 구조체1: Substrate
2: depression
3: Eurofilling material
4: superstructure
5: Structure
6: Euro
7: reinforced structure
Claims (17)
상기 준비된 하부 구조체의 일부분을 함몰시켜, 함몰된 공간인 함몰부를 상기 하부 구조체에 형성하는 단계;
상기 형성된 함몰부를 유로 채움 물질로 충전하는 단계;
제2폴리머 수지 및 상기 제2폴리머 수지 내 위치하는 제2강화섬유를 포함하는, 상부 구조체를 준비하는 단계;
상기 준비된 상부 구조체로 상기 유로 채움 물질 및 상기 하부 구조체를 덮는 단계;
상기 상부 및 하부 구조체를 열처리하여, 상기 제1폴리머 수지 및 제2폴리머 수지를 탄화시키는 단계; 및
상기 상부 및 하부 구조체에 용융 규소를 침투시켜, 섬유강화 세라믹 복합재료를 제조하는 단계를 포함하고,
상기 유로 채움 물질은 에폭시, PVB, PVC, 폴리에스터, 및 폴리에틸렌으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 탄화시키는 단계에서 재생냉각형 유로가 형성되는 것인, 섬유강화 세라믹 복합재료 재생냉각형 유로 형성방법.
Preparing a substructure comprising a first polymeric resin and a first reinforcing fiber located within the first polymeric resin;
Depressing a portion of the prepared substructure to form a depression in the substructure, the depression being a recessed space;
Filling the formed depression with a filler material;
A second polymeric resin and a second reinforcing fiber located in the second polymeric resin;
Covering the flow path filling material and the lower structure with the prepared upper structure;
Heat treating the upper and lower structures to carbonize the first polymer resin and the second polymer resin; And
Penetrating the upper and lower structures with molten silicon to produce a fiber-reinforced ceramic composite material,
Characterized in that said flow-through material comprises at least one material selected from the group consisting of epoxy, PVB, PVC, polyester, and polyethylene,
And the regenerated cooling flow path is formed in the carbonization step.
상기 제1폴리머 수지 및 제2폴리머 수지는 열경화성 수지를 포함하는 것인, 섬유강화 세라믹 복합재료 재생냉각형 유로 형성방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first polymer resin and the second polymer resin comprise a thermosetting resin.
상기 열경화성 수지는 페놀 수지, 폴리에스터 수지, 및 에폭시 수지로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 수지를 포함하는 것인, 섬유강화 세라믹 복합재료 재생냉각형 유로 형성방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the thermosetting resin comprises at least one resin selected from the group consisting of a phenol resin, a polyester resin, and an epoxy resin.
상기 제1강화섬유 및 제2강화섬유는 탄소 강화섬유 또는 탄화규소 강화섬유인 것인, 섬유강화 세라믹 복합재료 재생냉각형 유로 형성방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first reinforcing fiber and the second reinforcing fiber are carbon reinforcing fibers or silicon carbide reinforcing fibers.
상기 유로 채움 물질은 질화붕소를 더 포함하는 것인, 섬유강화 세라믹 복합재료 재생냉각형 유로 형성방법.
The method according to claim 1,
Wherein the flow-through material further comprises boron nitride.
상기 하부 구조체를 준비하는 단계는
강화섬유 성형체를 준비하는 단계;
상기 강화섬유 성형체를 액상 폴리머 수지로 함침하는 단계; 및
상기 제1폴리머 수지가 되도록 상기 액상 폴리머 수지를 경화하는 단계를 포함하는 것인, 섬유강화 세라믹 복합재료 재생냉각형 유로 형성방법.
The method according to claim 1,
The step of preparing the substructure
Preparing a reinforced fiber formed body;
Impregnating the reinforcing fiber preform with a liquid polymer resin; And
And curing the liquid polymer resin to become the first polymer resin.
상기 강화섬유 성형체를 함침하는 단계에서, 상기 강화섬유 성형체는 진공 수지이송성형 방법, 수지이송성형 방법, 또는 진공함침 방법으로 함침되는 것인, 섬유강화 세라믹 복합재료 재생냉각형 유로 형성방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the reinforcing fiber preform is impregnated with a vacuum resin transfer molding method, a resin transfer molding method, or a vacuum impregnation method in the step of impregnating the reinforced fiber preform.
상기 하부 구조체를 준비하는 단계는,
상기 강화섬유 성형체를 준비하는 단계와 상기 강화섬유 성형체를 함침하는 단계 사이에,
상기 준비된 강화섬유 성형체를 열분해 탄소로 코팅하는 단계를 더 포함하는 것인, 섬유강화 세라믹 복합재료 재생냉각형 유로 형성방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the step of preparing the substructure comprises:
Between the step of preparing the reinforcing fiber formed body and the step of impregnating the reinforced fiber forming body,
Further comprising the step of coating the prepared reinforcing fiber formed body with pyrolytic carbon.
상기 함몰부를 형성하는 단계에서, 상기 함몰부는 기계가공으로 형성되는 것인, 섬유강화 세라믹 복합재료 재생냉각형 유로 형성방법.
The method according to claim 1,
Wherein the depressions are formed by machining in the step of forming the depressions.
상기 형성된 함몰부를 충전하는 단계와 상기 상부 구조체를 준비하는 단계 사이에,
상기 유로 채움 물질 표면 및 상기 하부 구조체 표면이 평탄화되도록 상기 유로 채움 물질 표면을 연마하는 단계를 더 포함하는, 섬유강화 세라믹 복합재료 재생냉각형 유로 형성방법.
The method according to claim 1,
Between the step of filling the formed depression and the step of preparing the superstructure,
Further comprising the step of polishing the surface of the flow-through filler material so that the surface of the flow-through filler material and the surface of the lower structure are planarized.
상기 탄화시키는 단계에서, 상기 제1폴리머 수지 및 제2폴리머 수지는 각각 상기 제1강화섬유 및 제2강화섬유를 감싸는 탄소 코팅층으로 변환되는 것인, 섬유강화 세라믹 복합재료 재생냉각형 유로 형성방법.
The method according to claim 1,
Wherein in the carbonizing step, the first polymer resin and the second polymer resin are respectively converted into a carbon coating layer surrounding the first reinforcing fiber and the second reinforcing fiber.
상기 탄화시키는 단계에서, 상기 제1폴리머 수지 및 제2폴리머 수지는 상기 상부 및 하부 구조체의 탄소 매트릭스로 변환되는 것인, 섬유강화 세라믹 복합재료 재생냉각형 유로 형성방법.
The method according to claim 1,
Wherein in the carbonizing step, the first polymer resin and the second polymer resin are converted into carbon matrices of the upper and lower structures.
상기 섬유강화 세라믹 복합재료를 제조하는 단계에서, 상기 침투한 용융 규소 일부와 상기 탄화시키는 단계에서 생성된 탄소가 반응하여 탄화규소 입자를 생성하고, 상기 침투한 용융 규소 나머지는 상기 상부 및 하부 구조체가 결합되도록 경화되는 것인, 섬유강화 세라믹 복합재료 재생냉각형 유로 형성방법.
The method according to claim 1,
In the step of fabricating the fiber-reinforced ceramic composite material, a part of the infiltrated molten silicon reacts with carbon generated in the carbonization step to produce silicon carbide particles, and the infiltrated molten silicon rest is separated from the upper and lower structures Wherein the fiber-reinforced ceramic composite material is cured to be bonded.
A fiber-reinforced ceramic composite material comprising a regenerative cooling type flow path formed by the method of claim 1.
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KR20220051997A (en) * | 2020-10-20 | 2022-04-27 | 한국항공우주연구원 | Regenerative cooling nozzle of combustor of rocket engine using oxidizer and fuel and rocket including the same feature |
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- 2017-03-21 KR KR1020170035352A patent/KR101901870B1/en active IP Right Grant
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