Abstract
In this work, thermal decomposition mechanism based on kinetic parameters and thermal stability of carbon fiber-reinforced carbon matrix composites (C/C composites), have been studied under high temperature oxidative conditions with addition of tetra-ethylorthosilicate (TEOS) as an oxidation inhibitor. Thermogravimetric analysis (TGA) was executed to evaluate the thermal decomposition mechanism and thermal stability of C/C composites in the temperature range of 30 ～ $850^{\circ}C$. As a result, the kinetic parameters of the composites impregnated with TEOS, i.e., activation energy for thermal decomposition ($E_d$), order of reaction (n) , and pre-exponential factor (A) were evaluated as 136 kJ/mol, 0, and 2.3$\times$$10^9s^{-1}$, respectively. Especially, the IPDT and $E_d$ of C/C composites impregnated with TEOS were improved largely compared with the composites impregnated without TEOS, due to the formation of $SiO_2$ on composite surfaces, resulting in interrupting the oxygen attack to carbon active site in the composites.
본 연구에서는 고온 산화분위기 하에서 탄소/탄소 복합재료의 열적 향상을 위해 사용된 tetraethylorthosilicate(TEOS)의 첨가량에 따른 복합재료의 kinetic parameter에 기초한 열분해 메카니즘 및 열안정성을 열중량분석기(TGA)를 사용하여 고찰하였다 TEOS를 함유한 탄소/탄소 복합재료의 kinetic parameter, 즉 열분해 활성화 에너지 ($E_d$), 반응차수(n), 지수앞 인자 (A)는 각각 136 kJ/mol, 0차, 및 2.3$\times$$10^9s^{-1}$을 나타내었으며, 특히 IPDT 및 $E_d$로부터 살펴본 복합재료의 열안정성은 탄소/탄소 복합재료에 TEOS가 첨가되면 크게 향상되었는데, 이는 산소에 대한 산화방지막, 즉 $SiO_2$의 형성으로 인한 복합재료 표면에서의 카본 활성종에 산소의 침투를 방해하여 TEOS를 함유한 복합재료가 이를 함유하지 않은 것에 비하여 표면 산화 속도가 감소되어 열안정성이 증가하였다고 사료된다.
