KR20180025033A - Rhenium-carbon composite and manufacturing method for the same - Google Patents
Rhenium-carbon composite and manufacturing method for the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20180025033A KR20180025033A KR1020160112207A KR20160112207A KR20180025033A KR 20180025033 A KR20180025033 A KR 20180025033A KR 1020160112207 A KR1020160112207 A KR 1020160112207A KR 20160112207 A KR20160112207 A KR 20160112207A KR 20180025033 A KR20180025033 A KR 20180025033A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- carbon
- rhenium
- bonding
- buffer layer
- composite
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/52—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/64—Burning or sintering processes
- C04B35/645—Pressure sintering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
- C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
- C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
- C04B35/83—Carbon fibres in a carbon matrix
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
- C04B2235/5208—Fibers
- C04B2235/5216—Inorganic
- C04B2235/524—Non-oxidic, e.g. borides, carbides, silicides or nitrides
- C04B2235/5248—Carbon, e.g. graphite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
- C04B2235/602—Making the green bodies or pre-forms by moulding
- C04B2235/6027—Slip casting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/12—Metallic interlayers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
- C04B2237/40—Metallic
- C04B2237/404—Manganese or rhenium
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 고온 가압 소결을 이용한 레늄-탄소 복합재 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a rhenium-carbon composite material using high-temperature sintering and a method for producing the same.
21세기 들어 고에너지 관련 산업의 급속한 증가로 인하여 초고온의 환경에서 좋은 강도를 가지는 재료에 대한 수요가 날로 커지고 있다. 특히 항공우주산업은 대규모 시설 및 연구개발 투자가 필수적인 분야로서 세계시장의 70 % 이상을 점유하고 있는 서방 선진국에서는 수출산업 및 첨단산업 육성, 자주국방, 국위선양 등의 명백한 목적을 가지고 국가주도로 추진하고 있는 산업이다. 이러한 항공우주산업의 분야 중 우주발사체의 내열구조체, 추진기관 (연소기/노즐 등)에 적용 가능한 복합재의 제조기술은 제조기술뿐만 아니라 원자재, 제조공정, 관련 장비의 수출도 엄격하게 관리할 정도로 기술보호 장벽이 높은 기술이다. Due to the rapid increase of high energy related industries in the 21st century, demand for materials with good strength in ultra-high temperature environment is increasing day by day. Especially, in the advanced industrialized countries, which occupy more than 70% of the global market, the aerospace industry is required to invest in large-scale facilities and research and development, and pursue with a clear purpose such as fostering the export industry and high-tech industry, Industry. Among the fields of the aerospace industry, the manufacturing technology of composites applicable to heat-resistant structures and propulsion engines (combustors / nozzles, etc.) of space launch vehicles is not limited to manufacturing technology, but also to technical support for strict control of raw material, manufacturing process, Barriers are high technology.
추진기관 중 가변추력기 부분은 유도조종 임무를 받은 구동기의 연소가스를 정밀하게 제어해야 하므로 가변추력기의 구성품인 밸브하우징, 핀틀/노즐은 초고온, 고압 환경 하에서의 안정성확보가 가장 큰 관건이다. 고온에서 재료를 사용하기 위해서는 우선 재료의 융점이 높아야 하고 고온에서의 기계적 강도가 유지되어야 한다. 내열 금속 중 레늄은 금속 중에 가장 융점(3186℃)이 높은 금속 중 하나로 분말야금 공정에 의해 제조되는 대표적 소재로 고온에서도 경도와 강도를 유지하고 내열 충격성, 고온강도, 내마모성 등이 우수하여 이에 사용할 수 있지만 높은 밀도(21.02g/cm2)로 인하여 부품 경량화에 어려움이 있다. 이를 해결하기 위해 세라믹 섬유가 강화된 세라믹 복합재료가 주목을 받아 비산화물계 세라믹 기지상 복합소재 (non-oxide ceramic matrix composites), 즉 탄소 섬유 (carbon fiber)나 SiC 섬유 (SiC fiber)로 강화된 SiC 복합소재 (SiCf/SiC composite)가 그 후보 소재로 부각되었으며 결국 고융점금속과 세라믹 섬유로 강화된 비산화물계 세라믹 소재와의 복합화가 요구된다. Since the variable thruster part of the propulsion machinery needs to precisely control the combustion gas of the actuator that receives the induction steering task, the valve housing and the pintle / nozzle, which are components of the variable thruster, have the greatest importance in ensuring stability under extremely high temperature and high pressure environments. In order to use the material at high temperature, the melting point of the material must first be high and the mechanical strength at high temperature must be maintained. Rhenium in heat-resistant metal is one of the metals with the highest melting point (3186 ℃) in metal. It is a typical material produced by powder metallurgy process. It maintains hardness and strength even at high temperature and has excellent thermal shock resistance, high temperature strength and abrasion resistance. However, due to the high density (21.02 g / cm 2 ), it is difficult to reduce the weight of parts. In order to solve this problem, a ceramic composite material reinforced with ceramic fibers has been attracting attention, and non-oxide ceramic matrix composites such as SiC reinforced with carbon fiber or SiC fiber Composite materials (SiCf / SiC composite) have attracted attention as candidates and they are required to be combined with non-oxide ceramics reinforced with high melting point metal and ceramic fiber.
금속-세라믹 소재의 복합화에 쓰이는 이종 접합 기술은 단순화된 평판형 접합체 제조에 있어서는 많은 연구가 시도되었다. 하지만 이는 복합형 형상을 가지는 접합체를 제조하는 데에는 접합 소재간의 열팽창 계수, 표면 가공도 뿐만 아니라 가압시 모재에 걸리는 strain/stress 등으로 인하여 접합 강도가 일정하지 않는다는 문제점이 있었다.Many researches have been made on the heterogeneous bonding technology used for the composite of metal-ceramic materials in the production of simplified flat plate type junctions. However, there is a problem in that the bonding strength is not constant due to strain / stress applied to the base material at the time of pressurization as well as the coefficient of thermal expansion and surface processing between the bonding materials in producing a composite body having a composite shape.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 고온 가압 접합에서 발생하는 금속-세라믹 접합의 불균일성을 적정한 세라믹 모재의 선택 및 가압 접합 조건을 통하여 해결하는 것이다. The present invention is directed to solving the above-mentioned problems and other problems. Another object of the present invention is to solve the non-uniformity of the metal-ceramic bonding occurring in the high-temperature pressurized bonding by selecting the proper ceramic base material and press bonding conditions.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, a) 탄소 섬유(carbon fiber)로 강화된 탄소 기지상 복합재(Carbon-carbon composite)를 상기 탄소 섬유가 접합 방향과 특정 각도를 갖도록 가공하는 단계; b) 상기 탄소 기지상 복합재와 레늄(Rhenium) 사이에 버퍼층을 형성하는 단계; c) 상기 탄소 기지상 복합재의 하부에 레늄(Rhenium)을 배치하는 단계; 및 d) 상기 탄소 기지상 복합재, 버퍼층 및 레늄을 고온 가압 소결법을 이용하여 곡면 접합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레늄-탄소 복합재 제조방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a carbon fiber composite material, comprising the steps of: a) preparing a carbon-carbon composite reinforced with carbon fiber, step; b) forming a buffer layer between the carbon matrix material and rhenium; c) disposing rhenium in the lower portion of the carbon matrix composite; And d) curving the carbon matrix composite material, the buffer layer and the rhenium using a high-temperature sintering method, thereby forming a rhenium-carbon composite material.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 버퍼층은 Ti(Titanium), Zr(Zirconium), Ta(Tantalum) 또는 Mo(Molybdenum) 중 하나 이상을 포함하여 이루어질 수 있다.According to an aspect of the present invention, the buffer layer may include at least one of Ti (Titanium), Zr (Zirconium), Ta (Tantalum) or Mo (Molybdenum).
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 고온 가압 소결법은 그라파이트 몰드(Graphite mold)에서 이루어지고, 상기 그라파이트 몰드에 질화붕소 파우더(Boron nitride powder)를 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the high-temperature sintering method may be performed in a graphite mold, and the method may further include coating the graphite mold with boron nitride powder.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 버퍼층은 Ti(Titanium), Zr(Zirconium), Ta(Tantalum) 또는 Mo(Molybdenum) 중 하나 이상과 상기 탄소 기지상 복합재의 탄소와의 결합에 의해 형성되는 탄화층일 수 있다.According to an aspect of the present invention, the buffer layer may be a carbonized layer formed by bonding at least one of Ti (Titanium), Zr (Zirconium), Ta (Tantalum) or Mo (Molybdenum) have.
본 발명의 일 측면에 따르면, 탄소 섬유(carbon fiber)로 강화된 탄소 기지상 복합재(Carbon-carbon composite), 상기 탄소 기지상 복합재와 레늄(Rhenium) 사이에 형성되는 버퍼층 및 상기 탄소 기지상 복합재의 하부에 형성되는 레늄(Rhenium)을 포함하고, 상기 탄소 섬유가 접합 방향과 특정 각도를 갖도록 형성되는 레늄-탄소 복합재가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a carbon fiber composite material, comprising: a carbon-carbon composite reinforced with carbon fiber; a buffer layer formed between the carbon matrix composite material and rhenium; Wherein the carbon fibers are formed so as to have a specific angle with respect to the joining direction of the rhenium-carbon composite material.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 버퍼층은, Ti(Titanium), Zr(Zirconium), Ta(Tantalum) 또는 Mo(Molybdenum) 중 하나 이상과 상기 탄소 기지상 복합재의 탄소와의 결합에 의해 형성되는 탄화층일 수 있다.According to an aspect of the present invention, the buffer layer is a carbonized layer formed by bonding at least one of Ti (Titanium), Zr (Zirconium), Ta (Tantalum), or Mo (Molybdenum) .
본 발명에 따른 레늄-탄소 복합재 및 이의 제조 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effects of the rhenium-carbon composite material according to the present invention and the manufacturing method thereof will be described below.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 금속-세라믹 접합을 고온 가압 소결법을 이용함으로써 2000℃ 이상의 온도에서도 충분한 내열성과 내마모성을 지니고 있는 복합재를 제조할 수 있는 장점이 있다. 또한, 세라믹과 금속을 용융시키지 않고 고온에서 가압하여 접합을 할 수 있는 장점이 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, there is an advantage that a composite material having sufficient heat resistance and wear resistance even at a temperature of 2000 ° C or higher can be produced by using the high-temperature sintering method for metal-ceramic bonding. Further, there is an advantage that the ceramic and the metal can be bonded by pressurization at a high temperature without melting.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, Carbon-carbon composite을 Re 대신 일부 모재로 사용함으로써 접합체의 경량화 및 고가의 내열 금속인 Rhenium의 비율을 줄일 수 있어 비용적인 측면에서 장점이 있다. According to at least one of the embodiments of the present invention, the use of a carbon-carbon composite as a base material instead of Re is advantageous in terms of cost reduction because it can reduce the weight of the joined body and the proportion of expensive expensive heat-resistant metal Rhenium.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, Ti를 금속-세라믹간의 중간층으로 사용함으로써 Carbon-Carbon composite 사이에서는 TiC와 같은 탄화층이 생성되어 열팽창 계수 차이에 의한 고온 충격을 완화시켜주며 확산 접합이 일어나 안정적인 접합층을 보유할 수 있다는 장점이 있다.In addition, according to at least one embodiment of the present invention, by using Ti as an intermediate layer between metal and ceramic, a carbonized layer such as TiC is generated between carbon-carbon composites to alleviate a high temperature impact due to a difference in thermal expansion coefficient, There is an advantage that bonding can occur and a stable bonding layer can be retained.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시예와 같은 특정 실시예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다. Further scope of applicability of the present invention will become apparent from the following detailed description. It should be understood, however, that the detailed description and specific examples, such as the preferred embodiments of the invention, are given by way of illustration only, since various changes and modifications within the spirit and scope of the invention will become apparent to those skilled in the art.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 고온 가압 접합 실험 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 접합 공정의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 접합체의 단면에 대한 SEM 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 Re/Ti/Carbon-Carbon composite 중간층에 대한 이미지 및 원소 분석 그래프이다.1 is a schematic diagram of a high-temperature press-bonding experiment related to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flow diagram of a bonding process in accordance with one embodiment of the present invention.
3 is an SEM image of a cross-section of a conjugate prepared according to one embodiment of the present invention.
4 is an image and elemental analysis graph of Re / Ti / Carbon-carbon composite intermediate layer according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals are used to designate identical or similar elements, and redundant description thereof will be omitted. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of related arts will be omitted when it is determined that the gist of the embodiments disclosed herein may be blurred. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. , ≪ / RTI > equivalents, and alternatives.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinals, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a component, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
본 발명은 모재가 되는 세라믹과 금속을 용융시키지 않고 고온에서 가압하여 접합을 하는 접합 기술에 관한 것이다. 일반적으로 금속과 세라믹은 열팽창계수뿐만 아니라 여러가지 물성의 차이로 인해 접합체의 특성에 영향을 미친다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a joining technique for joining ceramic and metal as a base material by pressurizing at a high temperature without melting. In general, metals and ceramics affect the properties of the bonded body due to various physical properties as well as thermal expansion coefficient.
본 발명의 일 실시예에서는 세라믹 소재와 금속은 특별히 한정되어 있지 않지만 2000℃ 급 이상의 고온에서의 내열성을 기대하기 위해서 세라믹 소재는 탄소 섬유(Carbon fiber)로 강화된 탄소 기지상 복합재(Carbon-carbon composite) 등을 모재로 사용하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. In an embodiment of the present invention, the ceramic material and the metal are not particularly limited. However, in order to expect the heat resistance at a temperature higher than 2000 ° C, the ceramic material is a carbon-carbon composite reinforced with carbon fiber, Etc. are used as a base material, but the present invention is not limited thereto.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 세라믹 모재에서 생기는 접합 방향에 따른 이방성을 해결하기 위해 탄소 섬유와 접합면이 특정한 각도를 이루도록 한다. 외부 산화 환경에 쓰이는 접합 금속은 고온에서도 높은 경도와 강도를 유지하고 고온 충격성, 고온강도, 내마모성 등이 우수한 레늄(Rhenium)이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. In an embodiment of the present invention, the carbon fiber and the bonding surface form a certain angle in order to solve the anisotropy in the bonding direction of the ceramic base material. Rhenium, which is excellent in high temperature impact resistance, high temperature strength, abrasion resistance, etc., is preferable, but not limited thereto, because the bonding metal used in the external oxidizing environment maintains high hardness and strength at high temperature.
금속-세라믹의 안정적인 접합을 위해 Re과 세라믹 복합재 사이에 Ti, Zr, Ta, Mo 등의 금속소재를 버퍼층(buffer layer)로 사용하였다. 상기 버퍼층과 모재(Carbon-Carbon composite) 사이에서는 TiC와 같은 탄화층이 생성되어 열팽창 계수 차이에 의한 고온 충격을 완화시켜주며 확산 접합이 일어나 안정적인 접합층을 보유하는 결과를 확보하였다. For the stable bonding of metal-ceramics, metal materials such as Ti, Zr, Ta, and Mo were used as a buffer layer between Re and the ceramic composite material. A carbonized layer such as TiC is generated between the buffer layer and the base material (carbon-carbon composite) to alleviate the high temperature impact due to the difference in the thermal expansion coefficient, and diffusion bonding occurs to secure a stable bonding layer.
본 발명의 일 실시예에서는 금속과 세라믹의 접합이 열팽창계수 탄성률 반응성 원소의 환산 속도 접합 계면에 있어서 원자의 결합형태차이 등이 있을 수 있으므로 이러한 요소들을 고려하였다.In an embodiment of the present invention, these factors are taken into account because the bonding of the metal and the ceramic may have a difference in the bonding form of the atoms at the interface of the thermal expansion coefficient, the elastic modulus, and the conversion rate of the reactive element.
또한, 금속과 세라믹간에 반응이 있을 때는 반응상의 종류나 층의 성장 속도가 접합에 영향을 미친다. 장시간 고온에서 접합을 하면 계면에서 화학반응을 일으켜 접합 강도에도 영향을 미치는데 접합 초기에는 이런 화학 반응은 화학 결합을 형성하며 접합 강도를 높이지만 지나친 시간과 고온조건은 화학결합이 발달해서 반응 생성층이나 반응생성층/모재 계면에 응력과 변형률 차이를 유발시켜 오히려 접합 강도를 떨어뜨린다.Also, when there is a reaction between the metal and the ceramic, the kind of the reaction phase and the growth rate of the layer affect the bonding. In the early stage of bonding, these chemical reactions form a chemical bond and increase the bonding strength. However, in an excessive time and high temperature conditions, the chemical bond is developed and the reaction product layer Or at the interface between the reaction product layer and the base material, the bonding strength is lowered.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 초고온 즉, 2000℃ 이상의 온도에서도 충분한 내열성과 내마모성을 지니고 있는 레늄(Rhenium)과 Carbon-Carbon composite 간의 금속-세라믹 접합을 고온 가압 소결법을 이용하여 제조하는 것이 제공된다. 금속만을 고온 연소 가스 제어가 필요한 내열구조체 및 추진기관 등에 적용할 경우 일반적으로 고온 충격에 의한 크랙(crack) 및 크리프(creep) 파괴 현상 등이 나타나므로 세라믹과의 접합을 통하여 이러한 문제를 해결할 수 있다. Therefore, in one embodiment of the present invention, metal-ceramic bonding between Rhenium and carbon-carbon composite having sufficient heat resistance and abrasion resistance at an ultra-high temperature, that is, at a temperature of 2000 ° C or more, is provided by using a high-temperature pressure sintering method . When a metal is applied only to a heat-resistant structure requiring a high-temperature combustion gas control and a propulsion engine, cracks and creep rupture due to high-temperature impacts are generally exhibited. Therefore, this problem can be solved through bonding with ceramics .
Carbon-carbon composite의 탄소 섬유를 접합면과 특정한 각도를 유지한 채 접합함으로써 넓은 접합 면적을 지니게 되며, 가압 소결 시에 탄소 섬유의 이방성으로 인해 생기는 세라믹 모재의 strain/stress를 방지함으로써 전면적에 걸쳐 안정적인 접합을 유지하게 된다. It has a wide bonding area by bonding the carbon fibers of the carbon-carbon composite with the bonding surface while maintaining a specific angle. By preventing the strain / stress of the ceramic base material due to the anisotropy of the carbon fiber during pressure sintering, Thereby maintaining the bonding.
또한, 추가적으로 Ti를 금속-세라믹간의 중간층으로 사용함으로써 Carbon-Carbon composite 사이에서는 TiC와 같은 탄화층이 생성되어 열팽창 계수 차이에 의한 고온 충격을 완화시켜주며 확산 접합이 일어나 안정적인 접합층을 보유하는 결과를 확보하였다. In addition, by using Ti as an intermediate layer between metal and ceramics, a carbonized layer such as TiC is generated between the carbon-carbon composite, thereby relieving the high-temperature impact due to the difference in thermal expansion coefficient, resulting in diffusion bonding and a stable bonding layer. Respectively.
이하에서는 본 발명의 실시예에 대하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 고온 가압 접합 실험 모식도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 접합 공정의 순서도인데, 이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.FIG. 1 is a schematic diagram of a high-temperature pressurized bonding test according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a flow chart of a bonding process according to an embodiment of the present invention, which will be described below with reference to FIGS. 1 and 2.
먼저, Carbon-Carbon composite, Ti, Re 등을 접합형 축소모델에 맞게 가공을 한 뒤 도 1에 도시된 바와 같이 접합 순서에 맞게 고정시킨다. 먼저, 탄소 섬유(carbon fiber)로 강화된 탄소 기지상 복합재(Carbon-carbon composite)를 상기 탄소 섬유가 접합 방향과 특정 각도를 갖도록 가공(S110)한다.First, the carbon-carbon composite, Ti, and Re are machined to conform to the joining reduction model, and then fixed to the joining order as shown in FIG. First, a carbon-carbon composite reinforced with a carbon fiber is fabricated (S110) so that the carbon fibers have a specific angle with the joining direction.
그 후, 상기 탄소 기지상 복합재와 레늄(Rhenium) 사이에 버퍼층을 형성(S120)하는데, 상기 버퍼층은 탄화층으로 Ti(Titanium), Zr(Zirconium), Ta(Tantalum) 또는 Mo(Molybdenum) 중 하나와 탄소와의 결합에 의해 형성된다.Thereafter, a buffer layer is formed between the carbon-based complex material and rhenium (S120). The buffer layer may be formed of one of Ti, Zr, Ta, It is formed by bonding with carbon.
그리고, 상기 탄소 기지상 복합재의 하부에 레늄(Rhenium)을 배치(S130)한 다음, 상기 탄소 기지상 복합재, 버퍼층 및 레늄을 고온 가압 소결법을 이용하여 곡면 접합(S140)시킨다.Then, Rhenium is disposed on the lower portion of the carbon matrix composite material (S130), and the carbon matrix composite material, the buffer layer, and the rhenium are subjected to curved surface bonding (S140) using a high-temperature sintering method.
이때, 상기 고온 가압 소결법을 그라파이트 몰드(Graphite mold)에 수행하는 경우, 고온에서 그라파이트(Graphite)와 레늄(Re) 간의 반응을 방지하기 위하여 질화붕소 파우더(Boron nitride powder)를 고르게 코팅시킨 후 접합체를 그라파이트 몰드 안에 넣는다. In this case, when the high-temperature sintering method is performed on a graphite mold, the boron nitride powder is uniformly coated to prevent the reaction between graphite and rhenium (Re) at high temperature, Put it in a graphite mold.
이후, 상기 탄소 기지상 복합재, 버퍼층 및 레늄을 아르곤 분위기에서 600℃까지 온도를 올린 후 약 20MPa의 가압 상태를 유지하며 1600℃ 까지 2시간에 걸쳐 승온시킨다. 1600℃에 도달한 후 25MPa로 압력을 올리며 2시간 동안 열처리한다. 열처리가 끝난 후 600℃에 도달할 때까지 25MPa을 유지, 상온까지 20MPa을 유지시키며 접합체를 제조한다. Then, the carbon base composite material, the buffer layer and the rhenium were heated to 600 ° C in an argon atmosphere, and then heated to 1600 ° C in a pressure state of about 20 MPa for 2 hours. After reaching 1600 ° C, the pressure is increased to 25 MPa and heat treatment is performed for 2 hours. After the heat treatment, maintain the pressure of 25 MPa until reaching 600 ℃ and maintain the pressure of 20 MPa to room temperature.
이때, 앞서 설명한 제조방법의 순서는 반드시 상기 순서(S110 내지 S140)에 따라야 하는 것은 아니고, 상기 순서에 관계없이 고온 가압 소결 공정을 수행할 수 있다.At this time, the order of the above-described manufacturing method is not necessarily based on the above-described steps (S110 to S140), and the high-temperature sintering process can be performed regardless of the above procedure.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The foregoing detailed description should not be construed in all aspects as limiting and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by rational interpretation of the appended claims, and all changes within the scope of equivalents of the present invention are included in the scope of the present invention.
Claims (6)
b) 상기 탄소 기지상 복합재와 레늄(Rhenium) 사이에 버퍼층을 형성하는 단계;
c) 상기 탄소 기지상 복합재의 하부에 레늄(Rhenium)을 배치하는 단계; 및
d) 상기 탄소 기지상 복합재, 버퍼층 및 레늄을 고온 가압 소결법을 이용하여 곡면 접합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레늄-탄소 복합재 제조방법.a) processing a carbon-carbon composite reinforced with carbon fiber so that the carbon fibers have a certain angle with respect to the joining direction;
b) forming a buffer layer between the carbon matrix material and rhenium;
c) disposing rhenium in the lower portion of the carbon matrix composite; And
and d) curving the carbon-base matrix material, the buffer layer, and the rhenium using a high-temperature sintering method.
상기 버퍼층은 Ti(Titanium), Zr(Zirconium), Ta(Tantalum) 또는 Mo(Molybdenum) 중 하나 이상을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레늄-탄소 복합재 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the buffer layer comprises at least one of Ti (Titanium), Zr (Zirconium), Ta (Tantalum) or Mo (Molybdenum).
상기 고온 가압 소결법은 그라파이트 몰드(Graphite mold)에서 이루어지고,
상기 그라파이트 몰드에 질화붕소 파우더(Boron nitride powder)를 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레늄-탄소 복합재 제조방법.3. The method of claim 2,
The high-temperature sintering method is performed in a graphite mold,
And coating the graphite mold with boron nitride powder. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
상기 버퍼층은 Ti(Titanium), Zr(Zirconium), Ta(Tantalum) 또는 Mo(Molybdenum) 중 하나 이상과 상기 탄소 기지상 복합재의 탄소와의 결합에 의해 형성되는 탄화층인 것을 특징으로 하는 레늄-탄소 복합재 제조방법.3. The method of claim 2,
Wherein the buffer layer is a carbonized layer formed by bonding at least one of Ti (Titanium), Zr (Zirconium), Ta (Tantalum) or Mo (Molybdenum) with carbon of the carbon matrix resin. Gt;
상기 탄소 섬유가 접합 방향과 특정 각도를 갖도록 형성되는 레늄-탄소 복합재.A carbon-carbon composite reinforced with carbon fiber, a buffer layer formed between the carbon matrix composite and rhenium, and rhenium formed under the carbon matrix composite, ,
Wherein the carbon fibers are formed to have a specific angle with the bonding direction.
상기 버퍼층은,
Ti(Titanium), Zr(Zirconium), Ta(Tantalum) 또는 Mo(Molybdenum) 중 하나 이상과 상기 탄소 기지상 복합재의 탄소와의 결합에 의해 형성되는 탄화층인 것을 특징으로 하는 레늄-탄소 복합재.6. The method of claim 5,
The buffer layer may be formed,
Carbon composite formed by bonding at least one of Ti (Titanium), Zr (Zirconium), Ta (Tantalum) or Mo (Molybdenum) with carbon of the carbon matrix resin.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020160112207A KR101892954B1 (en) | 2016-08-31 | 2016-08-31 | Rhenium-carbon composite and manufacturing method for the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020160112207A KR101892954B1 (en) | 2016-08-31 | 2016-08-31 | Rhenium-carbon composite and manufacturing method for the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20180025033A true KR20180025033A (en) | 2018-03-08 |
KR101892954B1 KR101892954B1 (en) | 2018-08-29 |
Family
ID=61725864
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020160112207A KR101892954B1 (en) | 2016-08-31 | 2016-08-31 | Rhenium-carbon composite and manufacturing method for the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101892954B1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10204601A (en) * | 1996-12-24 | 1998-08-04 | Sulzer Metco Ag | Method for coating carbon base material of carbon-containing nonmetallic base material |
JP2000193241A (en) * | 1998-12-25 | 2000-07-14 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Silicon nitride sintered body, and ceramic heater using it |
JP4252640B2 (en) * | 1998-06-11 | 2009-04-08 | 株式会社ブリヂストン | Carbon composite structure |
KR20150115828A (en) * | 2013-02-04 | 2015-10-14 | 토요 탄소 가부시키가이샤 | Bonded material and method for producing same |
-
2016
- 2016-08-31 KR KR1020160112207A patent/KR101892954B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10204601A (en) * | 1996-12-24 | 1998-08-04 | Sulzer Metco Ag | Method for coating carbon base material of carbon-containing nonmetallic base material |
JP4252640B2 (en) * | 1998-06-11 | 2009-04-08 | 株式会社ブリヂストン | Carbon composite structure |
JP2000193241A (en) * | 1998-12-25 | 2000-07-14 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Silicon nitride sintered body, and ceramic heater using it |
KR20150115828A (en) * | 2013-02-04 | 2015-10-14 | 토요 탄소 가부시키가이샤 | Bonded material and method for producing same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR101892954B1 (en) | 2018-08-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10954168B2 (en) | Ceramic matrix composite articles and methods for forming same | |
US7550107B2 (en) | Method of forming CMC component | |
US8182905B2 (en) | Ceramic matrix laminates | |
US20120177488A1 (en) | Process for joining silicon-containing ceramic articles and components produced thereby | |
MX2007010273A (en) | Method for making a part of composite material with ceramic matrix and resulting part. | |
CN110330357B (en) | Connecting material for connecting silicon carbide materials and application thereof | |
CN105585328A (en) | Technology for connecting SiC ceramic matrix composite and metal through nano foil | |
JP5773331B2 (en) | Manufacturing method of ceramic joined body | |
CN106083056A (en) | The method of carborundum/molybdenum disilicide composite ceramics is prepared in pressureless sintering | |
KR101892954B1 (en) | Rhenium-carbon composite and manufacturing method for the same | |
CN102452840A (en) | Connecting method of stainless steel and silicon carbide ceramic and prepared connecting piece | |
US8426032B2 (en) | Composite articles made by process for joining stainless steel part and silicon carbide ceramic part | |
EP3061737B1 (en) | Ceramic matrix composite articles and methods for forming same | |
CN111018555B (en) | Connecting material for connecting silicon carbide with crack self-healing characteristic and application thereof | |
CN1173896C (en) | SiC base composite material and its adhering method to metal | |
CN107488045A (en) | The method of silicon carbide ceramics connecting material and connection silicon carbide ceramics with low connection temperature high bending strength | |
CN104177113A (en) | SiC bonded ceramic matrix composite material and preparation method thereof | |
JP2784161B2 (en) | Method for producing SiC fiber reinforced TiAl composite material | |
CN107488047B (en) | Connection method of silicon carbide ceramic material | |
Loh et al. | Diffusion bonding of ceramics to metals | |
Ai et al. | Mechanical properties and microstructure of two-dimensional carbon fiber reinforced zirconia composites prepared by hot-pressing | |
Harrison et al. | NEXT GENERATION CMC STRUCTURES. | |
CN116141774A (en) | Aluminum plate with ceramic fibers and manufacturing method thereof | |
Davis | Applications of Ceramic-Matrix Composites | |
CN102452839A (en) | Method for connecting stainless steel and titanium carbide ceramic and prepared connecting piece |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
AMND | Amendment | ||
X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
GRNT | Written decision to grant |