Published June 1991 | Version v1
Journal article

Damages on carbon composites induced by high heat fluxes in electron beam tests

  • 1. Forschungszentrum Juelich GmbH (Germany, F.R.). Inst. fuer Reaktorwerkstoffe

Description

Three carbon fiber reinforced carbons (CC's) have been tested in an electron beam device with respect to their cracking and erosion behaviour. The materials were one 2-directional resin-bonded CC and two 3-directional CC's which were pyrocarbon-bonded. The 2-directional material showed the highest erosion rate, whereas the erosion of the 3-directional qualities was significantly lower. The interpretation of the experimental results show that the mechanical integrity and the thermal conductivity, and thus also the erosion rate, is highly influenced by the fiber density, fiber orientation, and the properties of the matrix (or bonding). The material loss by thermal erosion is clearly correlated to the thermal conductivity in that way that an increase of the thermal conductivity causes a significant decrease of the erosion rate under constant loading conditions. To evolve the structure of the CC's ceramographic sections were etched in a rf-oxygenplasma. Poorly organized or even amorphous carbon is removed more rapidly than highly organized, crystalline material. Thus it is possible to discriminate structural components with different degree of organisation (or graphitisation) with high local resolution. (orig.)

Abstract (German)

Im Elektronenstrahltest wurden 3 charakteristische CFC-Materialien thermisch behandelt. Die Experimente zeigten, dass die erodierte Kohlenstoffmenge von Faserdichte, Faserorientierung und von der thermischen Stabilitaet des Matrixmaterials abhaengt. Es wurde ein eindeutiger Zusammenhang zwischen Waermeleitfaehigkeit des CFC-Materials und dem Materialverlust bei thermischer Belastung im Elektronenstrahltest gefunden. Durch Erhoehung der Waermeleitfaehigkeit des CFC-Werkstoffs kann die Erosionsrate deutlich gesenkt werden. Kohlenstoff mit unterschiedlichem kristallographischem Ordnungsgrad zeigte ein differenziertes Aetzverhalten, wenn er dem Sauerstoffplasma in einem Kaltverascher ausgesetzt wird. Mit dieser Methode war es moeglich, CFC-Gefuege fuer licht- und elektronenrastermikroskopische Untersuchungen zu entwickeln. Da amorpher Kohlenstoff staerker als kristalliner im Sauerstoffplasma abgetragen wird, koennen im CFC-Material kristalline und amorphe Gefuegebestandteile nebeneinander bestimmt werden. (orig.)

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Original title (German)
Schaeden an Kohlenstoffaser-Verbundwerkstoffen nach thermischer Belastung im Elektronenstrahltest

Publishing Information

Journal Title
Praktische Metallographie
Journal Volume
28
Journal Issue
6
Series
Prakt. Metallogr.
Journal Page Range
272-284
ISSN
0032-678X
CODEN
PMTLA