This study investigates the structural integrity of C/SiC composite structures with internal pressure channels for use in regeneratively cooled combustors of hypersonic scramjet engines. Pyrolysis segmented carbon preforms were bonded using the Liquid Silicon Infiltration (LSI) process to fabricate integrated C/SiC structures. Three bonding methods—phenolic resin, ceramic slurry, and prepreg—were compared. Shear tests were conducted to evaluate the interlaminar shear strength of the C/SiC matrix and the interface strength at bonded joints. The slurry-bonded specimens showed the best performance, due to their thin and uniform bond lines. Finite element analysis of the combustor geometry showed sufficient safety margins (>2) in the lower interlaminar regions. In the upper bonded regions, only the slurry-bonded case (case 3) was likely to meet structural safety requirements.

본 논문에서는 극초음속 스크램제트 엔진의 재생냉각 연소기 구조체에 적용 가능한 C/SiC 복합소재의 내압 환경 유로의 구조 안전성을 확보를 목적으로 연구를 수행하였다. 재생냉각 유로의 형성을 위해 열처리된 분할 탄화체를 LSI 공정으로 접합하여 일체형 C/SiC 구조체를 제작하였고, 페놀 레진, 슬러리 등 세가지의 접합방식을 비교하였다. 전단강도 시험을 통해 C/SiC 모재의 층간전단강도와 접합부의 전단강도를 평가하였으며, 접합부의 경우 슬러리 방식의 경우가 접합면의 두께가 얇고 균일하게 형성되어, 평균 전단강도 24.4 MPa, 변동계수(CV) 8.5%로 가장 우수한 결과를 나타냈다. CMC 연소기 내부 유로를 모사한 유한요소 해석을 수행하여 전단강도 시험 값과 비교한 결과, 층간전단 응력이 작용하는 유로 하부 모서리의 경우 2배 이상의 충분한 안전율을 확보하였으며, 접합부 전단하중이 작용하는 유로 상부 모서리의 경우는 case 3의 적용 시 구조적 안정성이 확보될 가능성이 높음을 확인하였다.

Keywords: 세라믹 복합소재(Ceramic matrix composites), 탄화섬유 강화 탄화규소 기지 복합소재(C/SiC), 용융실리콘침투(Liquid silicone infiltration), 전단강도(Shear strength), 유한요소해석(Finite element alaysis)