• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.194.1-194.1
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• 2016

방사성 폐기물의 운반이나 장기 보관 시 방사성 물질의 침출을 차단하기 위한 유리화 기술을 실현하기 위해 이송식 아크 플라즈마에 대해 전산해석을 수행하였다. 본 연구에서는 운전전류나 아크길이와 같은 운전조건 변화에 따른 열플라즈마의 특성 변화 뿐만 아니라 150 kW급 고출력 이송식 아크 플라즈마의 최적 설계를 위하여 핵심 부품인 파일럿 노즐의 길이와 직경 변화에 따른 예상 용융영역을 전산해석 하여 방사성 폐기물의 유리화 기술을 상업적으로 이끌어내는데 기초 자료를 제공하고자 하였다. 노즐직경은 4, 5, 6 mm로 변화시켰으며, 길이는 2, 4, 6mm로 하였다. 이러한 다양한 설계조건에 대하여 운전변수로는 전류 200 A, 방전 기체인 알곤의 유량 15 L/min, 아크 길이 2 cm로 고정하였다. 전산해석 결과 노즐직경이 작을수록 아크압축 효과에 의해 중심부에서 최고 온도가 높은 열플라즈마 제트를 발생시킬 수 있으나, 반경방향으로 온도구배가 커서 고온 구간이 급격히 감소하는 경향이 예상되었다. 반면 노즐직경이 증가할수록 아크 압축효과는 줄어들지만 반경방향으로 온도가 완만히 감소하여 콘크리트가 대부분인 유리화 대상물질을 충분히 용융시킬 수 있는 $2,600^{\circ}C$ 이상의 고온 면적이 넓어지게 될 것으로 예상되었다. 또한, 노즐길이가 줄어들 경우 아크방전의 안정성은 다소 떨어 질 수 있으나 수 있으나 고온의 열플라즈마 제트가 반경방향으로 효과적으로 넓어 질 수 있음이 예측되었다. 따라서 고온 영역의 확장 관점에서 이송식 아크 플라즈마 토치를 제작할 경우 아크의 안정성을 유지하는 범위 내에서 파일럿 노즐의 직경을 크게 하고 길이는 짧게 하는 것이 효과적인 유리화를 위해 유리할 것으로 예상되었다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2002년도 하계학술대회 논문집 C
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• pp.1443-1445
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• 2002

내전압과 내아크성을 높이고 $SF_6$가스 내에서 복합재료로 사용된 유리섬유를 보호하기 위한 코팅 재료를 만들어서 특성을 평가하였다. 에폭시 수지에 내아크성이 우수한 무기물 필러인 $Al_2O_3$, $MgAl_2O_4$, BN, MgO 등을 첨가하여 절연저항, 유전특성, 내아크성 등의 전기적 특성을 평가하였다. 코로나 처리에 의한 열화를 평가하기 위하여 접촉각을 측정하고 전자현미경으로 표면의 상태를 관찰하였다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2009년 추계학술발표대회
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• pp.65-65
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• 2009

철강 재료의 GMA 용접 시, 보호가스로 $CO_2$ 가스를 사용하면 가격이 저렴하고 용입이 깊다는 장점이 있어 국내에서 광범위하게 사용되어 왔다. 그러나 일반적으로 활성가스인 $CO_2$를 사용한 GMA용접은 아크가 불안정하고 스패터가 많이 발생한다는 단점이 있어 아크 안정성 개선의 필요성이 부각되었다. 거기다 용접 자동화 및 용접 품질의 고급화 추세로 아크 안정성이 $CO_2$용접에서 점점 중요해지면서, 아크 안정화 및 스패터 저감을 위한 연구가 활발히 진행되어 왔다. 본 연구에서는 GMA 용접 재료인 solid wire의 표면에 이온화 에너지가 낮은 금속인 인듐(In)을 전해 도금하여 중전류의 $CO_2$ 용접에 적용하였다. 고속 촬영과 아크 모니터링 분석을 통하여 금속 이행 모드 및 아크 안정화에 미치는 영향에 관하여 연구하였다. 동일 전압, 전류 조건에서 도금 두께를 달리하여 용접을 실시, 도금 두께에 따른 아크 안정성의 경향을 분석하였다. 그 결과 도금 두께가 두꺼워짐에 따라 아크가 넓어지는 것을 확인하였으며, 이는 아크 내에 이온화도가 높은 인듐 이온이 다량 포함됨으로써 이온의 양이 증가하기 때문인 것으로 생각된다. 또한 도금 두께가 일정 이상이 되면, 이행 모드가 용적의 아래에서 아크가 발생하는 반발 이행 모드에서 용적의 윗부분에서 아크가 발생하는 입상 용적 이행 모드로 바뀌었으며, 이때 단락 수가 현저히 줄어들어 아크가 안정해졌다. 이에 따라 인듐 도금 와이어는 기존보다 낮은 전류 영역에서도 안정적인 아크와 금속 이행 모드를 가지게 됨을 확인하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2003년도 춘계학술대회 논문집 유기절연재료 방전 플라즈마연구회
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• pp.27-30
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• 2003

옥외 절연물은 환경에 의한 오염과 수분에 의한 젖음 현상이 항상 발생하므로 폴리머 애자의 하우징 재료의 전기방전에 대한 열화내성과 우수한 발수성의 장기간 유지특성은 제품의 장기성능에 있어서 매우 중요한 물성이다. 실리콘 고무는 내열성, 내후성, 산화안정성, 발수성 및 내오염성 동 절연소재로서 우수한 특성을 가지고 있지만 하우징 표변에서의 방전이 발생될 때 옥외절연물에서의 성능은 실리콘 고무의 배합처방에 따라서 많은 차이가 나고 있다. 본 연구에서는 내트래킹 agent인 ATH의 첨가량의 변화에 따른 재료의 특성을 조사하고, 그 특성이 실리콘 고무 폴리머 애자의 특성에 미치는 영향을 조사하였다. ATH의 첨가량에 따라서 내아크성, 내트래킹성 및 표면 발수성을 조사하였고, 폴리머 애자를 내트래킹 휠 시험 및 선행오손 후 섬락전압을 측정하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.177-177
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• 2010

티타늄 화합물은 뛰어난 물리적 특성과 인체 무해성을 가지고 있어 생체, 내식 및 내마모 재료 등에 널리 응용되고 있으며, 다양한 색상 구현을 통한 미려한 외관 등 기능성을 위한 표면처리 분야에도 많은 관심을 받고 있다. 이중 질화 티타늄은 금색을 대체할 수 있는 물질로 코팅방법과 기판온도, 바이어스, 질소유량 등과 같은 공정변수 제어를 통해 그 물성을 변화시킬 수 있어 기능적 측면과 함께 미려한 외관처리에 응용이 가능하다. 본 연구에서는 아크(cathodic arc) 코팅 시스템을 이용하여 다양한 조건에서 TiN 박막을 제조하고 그 특성을 평가하였다. 아크 장비는 화합물 박막을 코팅할 수 있는 아크 소스와 시편 홀더, 가스 주입구, 시편 가열장치 그리고 배기 장치로 구성되어 있고, 아크 소스에 장착된 타겟은 99.5%의 Ti 타겟을 사용하였다. 시편과 타겟 간의 거리는 약 31cm이며, 시편은 알코올과 아세톤으로 초음파 세척 된 강판(냉연 강판), 실리콘 웨이퍼를 사용하였다. 시편을 진공용기에 장착하고 ${\sim}10^{-6}$ Torr까지 진공배기를 실시하고, Ar 가스를 진공용기 내로 공급하여 ${\sim}10^{-4}$ Torr에서 시편에 bias (Pulse : 400V)를 인가한 후 아크를 발생시켜 약 5분간 청정을 실시하였다. 플라즈마 청정이 끝나면 시편에 인가된 bias를 차단하고, 질소 유량, 온도, bias, 시간 등의 공정변수에 따라 코팅을 실시하였다. 질소의 유량이 80sccm 일 때, Ti 금속 결정구조가 나타났는데, 이는 질소와 충분하게 반응하지 못한 Ti이 기판에 코팅되어 나타나는 현상으로 판단된다. 색상변화에서는 질소 유량이 증가함에 따라 노란색이 짙어지며, TiN은 시편에 인가되는 bias 전압이 높아질수록 붉은색이 증가하고, 온도에 따른 큰 변화는 관찰되지 않았다. 공정변수에 따른 반사율 변화는 TiN의 경우 질소 가스 유량이 200sccm, bias 150V, 공정 온도 200도에서 반사율이 가장 높았으며, 코팅 시간이 짧을수록 반사율이 높아지는 경향을 나타냈다. 따라서 본 연구에서 얻어진 결과를 외관 코팅 분야에 응용한다면 장식성과 외관의 경도, 내마모성, 내식성의 향상 등 많은 장점을 가질 것으로 예상된다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2010년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.18-18
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• 2010

최근 PCA 아크튜브를 사용한 세라믹 메탈핼라이드 램프가 개발되어 기존의 석영관 메탈핼라이드 램프의 사용 범위를 넘어 다양하게 활용되고 있다. 이에 따라 램프의 신뢰성 또한 중요한 요소로 여겨지게 됨으로 본 논문에서는 세라믹 메달핼라이드 램프의 아크튜브의 열화특성을 확인하기기 위해 램프를 가속열화 시켜 구조적 변화를 확인하였다. 이 결과 모세 관 내 Moly winding과 세라믹 아크튜브의 열팽창계수 차이로 인해 간격이 멀어지고 그 사이로 원소들이 침입하였고 이로 인해 아크튜브와 전극의 열화를 촉진하며 전극의 틀어짐을 유발하였다. 또 내부에 봉입된 희토류 금속 요오드화물이 고온에서 PCA 관벽과 반응을 일으켜 아크튜브를 부식시킴을 확인할 수 있었다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2014년도 추계학술대회 논문집
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• pp.300-300
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• 2014

해양환경 하에서 대형 강구조물의 경우 장기간 부식손상을 방지하기 위해 아크 용사코팅 기술이 오래전부터 유용하게 이용되어 왔다. 아크 용사코팅 기술은 타 용사코팅 기술에 비해 경제성과 생산성이 뛰어나 대형 강구조물에 적용되고 있다. 용사재료로는 Al, Zn 또는 그 합금들이 주로 사용되어 강재에 대해 희생양극 방식효과를 나타낸다. 그러나 아크용사에 의해 적층된 코팅 층은 용사공정 중 불가피하게 수많은 기공과 산화물이 포함되어 내식성 및 내구성에 악영향을 미치게 된다. 따라서 본 연구에서는 알루미늄 합금의 용사코팅 층에 대하여 다양한 후처리를 통해 내식성과 더불어 내구성을 향상시키고자 하였다. 용사코팅은 알루미늄 합금 선재(1.6 ${\varnothing}$)를 사용하여 아크용사를 실시하였다. 용사 시 용사거리는 200 mm, 공기압력은 약 $7kg/cm^2$ 정도로 유지하면서 용사코팅을 실시하여 약 $200{\mu}m$ 두께로 코팅 층을 형성시켰다. 이후 용사코팅 층의 표면에 다양한 후처리재를 적용하였으며, 내구성을 평가하기 위하여 후처리 적용 전후 시험편에 대하여 캐비테이션 실험을 실시하였다. 캐비테이션 실험은 ASTM G32-92에 의거하여 주파수 20 kHz의 초음파 진동 장치(ultrasonic vibratory device)를 사용하였다. 그리고 시험편 표면과 발진 혼에 부착된 팁(tip)과의 거리는 1 mm로 일정하게 유지시킨 뒤, 캐비테이션 발생 시간을 변수로 하여 실험을 실시하였다. 손상된 용사코팅 층의 표면은 주사전자현미경과 광학현미경으로 관찰하였으며, 시험편 손상깊이는 3D 현미경으로 비교 분석하였다. 또한 캐비테이션 실험 전후의 무게를 측정하여 무게 감소량을 상호 비교하였다. 그리고 전기화학적 실험은 천연해수 속에서 자체 제작한 홀더(holder)를 이용하여 $0.33183cm^2$의 용사코팅 층만을 노출시켜 실시하였다. 그리고 기준전극은 은/염화은 전극을, 대극은 백금전극을 사용하였다. 분극실험을 통해 후처리 적용에 따른 용사코팅 층의 부식전위 및 부식전류밀도를 비교 평가하였다. 그 결과, 용사코팅 층에 의하여 강재에 대한 희생양극 방식전위가 확보되었으며, 후처리재가 적용된 용사코팅 층에서 내식성 및 캐비테이션 저항성이 향상되었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.319.2-319.2
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• 2016

ZrN 코팅은 TiN과 특성이 유사한 옅은 금색의 질화 박막이나 내식성이 우수하여 의료용, 자동차 부품, 항공부품, 장식용으로 적용되고 있다. 스테인레스계 의료용 기구나 생활기구의 항균성 기능이 부여된 표면처리는 아직 널리 보급되고 있지 않아 장식성과 내부식성이 뛰어난ZrN 박막에 구리를 함유시킴으로서 항균성의 변화를 관찰하고자 하였다. 진공 아크 이온플레이팅 방법으로서 ZrN을 성장시키면서 스퍼터링법에 의하여 Cu를 함유시키는 방법으로 실험을 실시하였다. 기재는 SUS 304를 사용하였고, 공정온도 $400^{\circ}C$에서 질소분압 1-5 Pa, 아크전류 90 A의 조건에서 Cu 스퍼터링 타겟의 전류를 1-7A 까지 변화하여 구리함유 ZrN 박막을 합성하였다. 구리 함류량에 따른 XRD를 통한 결정구조분석과 SEM/EDX를 통한 성분변화분석을 실시하였다. 구리함유 박막에 대해서 시간에 따른 대장균을 성장을 분석하여 기재인 SUS304, ZrN, 구리 함유 ZrN에 대한 대장균 항균성을 조사하였다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2000년도 하계학술대회 논문집 B
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• pp.816-818
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• 2000

본 논문에서는 $SF_6$ 차단기 내의 대전류 아크에 대한 수치적인 해석을 모의하는 도구를 제시한다. 대전류의 차단을 위해서 해석을 통해 열적 파괴를 예측하는 것이 필수적이다. 본 논문에서 사용한 방법은 FVFLIC(finite volume fluid in cells)이며 지배방정식은 압축성 오일러 방정식으로 아크와 유동의 상호 작용을 해석한다. 아크는 기본적으로 에너지 보존식에서 열소스항으로 나타나며 주울열과 복사항으로 표현된다. 주울열은 플라즈마 영역내의 전계해석을 통해 계산되며 복사항은 방출과 흡수항의 합으로 나타내어지고 이것은 국소적인 온도와 압력의 함수이다. 본 논문에서는 수정된 방출과 흡수 모델로 복사 열전달을 계산하였다.

• 한국조명전기설비학회:학술대회논문집
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• 한국조명전기설비학회 2007년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.148-151
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• 2007

최근 들어 메탈핼라이드램프의 아크튜브에 석영관을 대신하여 세라믹(Ceratmic)을 이용하는 기술이 개발되었으며, 이는 탁월한 내열성 및 내식성으로 메탈헬라이드램프로 하여금 우수한 색온도 및 연색성 유지특성을 가질 수 있게 하였다. 본 논문는 국내의 차세대 세라믹 아크튜브 메탈핼라이드램프(Ceratmic Metal Halide lamp) 개발에 필요한 국외의 70W급 제품에 적용되는 세라믹 아크튜브에 대한 특성 분석을 통해 새로운 고효율, 장수명의 세라믹 메탈 핼라이드램프의 개발에 도움을 주고자 한다.