• Title/Summary/Keyword: 방전 플라즈마 소결법

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방전플라즈마 소결법으로 제조한 Mo-Cu 합금 소결체의 물성 및 전기적 특성에 관한 연구

  • Lee, Han-Chan;Mun, Gyeong-Il;Lee, Bung-Ju;Sin, Baek-Gyun
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • 2011.02a
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    • pp.277-277
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    • 2011
  • Mo-Cu 합금은 고강도이고 우수한 열전도성 및 전기전도성를 가지는 특성이 있어 현재 방열소재, 반도체 부품, 자동차 부품 등 여러 응용분야에서 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 서로 고용성이 없는 Mo-Cu 합금을 제조하기 위해서 Mo, Cu 분말을 PBM (Planetary Ball Milling) 방법을 이용하여 제조 하였으며, 제조된 분말은 SPS (Spark Plasma Sintering) 공정을 이용하여 소결체를 제조하였다. Mo-Cu의 조성 변화는 Cu의 함유량을 각각 5at%Cu, 10at%Cu, 20at%Cu로 조절하여 수행하였으며, PBM 의 공정 변수로 회전수(RPM), 볼과 분말의 비율, 분산제의 양, 볼밀 시간, 분위기 변화를 주어 최적조건을 얻기 위한 실험을 진행하였다. PBM 방법을 이용하여 제조한 분말은 PSA (Particle Size Analysis)에 의해 분말의 크기를 측정하고 EDS(Energy Disperse X-ray Spectrometer) 분석에 의해 조성을 확인하였으며, XRD (X-Ray Diffraction) 분석에 의해 Cu peak이 사라지는 조건을 PBM의 최적조건으로 잡고 실험을 진행하였다. 소결체를 고밀도화하기 위해 소결공정을 SPS 방식으로 하였으며 소결체의 경도, 내마모성, 마찰계수 일함수 등을 분석하기 위해 소결체의 크기를 직경 30 mm 및 두께 5 mm로 설계하였고, 소결 공정 변수로 소결온도를 각각 $900^{\circ}C$, $1000^{\circ}C$, $1100^{\circ}C$, 소결압력을 50MPa, 60MPa, 70MPa, 유지시간을 0분, 10분, 20분으로 차이를 주어, 소결체의 밀도차이와 물성차이를 분석하였다. 그 결과 PBM의 최적조건으로는 5at%Cu 에서는 10h, 10at%Cu, 20at%Cu 에서는 20h의 최적의 밀링 시간을 확인하였고, 다른 공정 변수의 최적조건으로는 회전수 300RPM, 10:1의 볼과 분말 비, 분산제 4wt%, Ar 분위기라는 조건을 얻을 수 있었다. 각각의 공정변수 변화에 따른 소결체 최적밀도 달성조건, 소결체 물성 및 전기적 특성 등의 상관관계에 관하여 보고한다.

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Evaluation of Material Characteristics with Sintering Temperature in Ti2AlC MAX Phase Material using Spark Plasma Sintering Method (방전플라즈마 소결법을 이용한 Ti2AlC Max Phase 소결체의 소결온도 변화에 따른 재료 특성 평가)

  • Lee, Chang-Hun;Baek, Gyung Rae;Jung, Hee Sang;Jeong, Young-Keun;Kang, Myung Chang
    • Journal of Powder Materials
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    • v.22 no.3
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    • pp.175-180
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    • 2015
  • In this study, ternary compound Max Phase $Ti_2AlC$ material was mixed by 3D ball milling as a function of ball milling time. More than 99.5 wt% pure $Ti_2AlC$ was synthesized by using spark plasma sintering method at 1000, 1100, 1200, and $1300^{\circ}C$ for 60 min. The material characteristics of synthesized samples were examined with relative density, hardness, and electrical conductivity as a function of sintering temperature. The phase composition of bulk was identified by X-ray diffraction. On the basis of FE-SEM result, a terraced structures which consists of several laminated layers were observed. And $Ti_2AlC$ bulk material obtained a vickers hardness of 5.1 GPa at the sintering temperature of $1100^{\circ}C$.

Powder Sintering Characteristics of Carbon Nanotubes Reinforced SKD11 Tool Steel Sintered by Spark Plasma Sintering (방전플라즈마 소결법으로 제조된 탄소나노튜브 강화 SKD11 금형강의 분말소결 특성)

  • Moon, Je-Se;Jung, Sung-Sil;Lee, Dae-Yeol;Jeong, Young-Keun;Kang, Myung Chang;Park, Chun-Dal;Youn, Kook-Tae
    • Journal of Powder Materials
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    • v.22 no.3
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    • pp.157-162
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    • 2015
  • SKD11(ASTM D2) tool steel is a versatile high-carbon, high-chromium, air-hardening tool steel that is characterized by a relatively high attainable hardness and numerous, large, chromium rich alloy carbide in the microstructure. SKD11 tool steel provides an effective combination of wear resistance and toughness, tool performance, price, and a wide variety of product forms. Adding of CNTs increased the performance of mechanical properties more. 1, 3 vol.% CNTs was dispersed in SKD11 matrix by mechanical alloying. SKD11 carbon nanocomposite powder was sintered by spark plasma sintering process. FE-SEM, HR-TEM and Raman analysis were carried out SKD11 carbon nanocomposites.

Characteristics of Pure Mg Powder Compacts Prepared by Spark Plasma Sintering Process (방전플라즈마 소결법으로 제작된 순 마그네슘 분말 소결체의 특성평가)

  • Hong, Ji-Min;Son, Hyeon-Taek;Chang, Se-Hun;Lee, Jae-Seoul;Cha, Yong-Hun;Oh, Ik-Hyun
    • Korean Journal of Materials Research
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    • v.17 no.6
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    • pp.331-336
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    • 2007
  • The pure Mg powder compacts were successfully fabricated using SPS process. The machined chip powder showed flake shaped morphology with coarse surfaces, while gas atomized powders were spherical in morphology with smooth surfaces. In this study, SPS process was used to consolidate the pure Mg powder because this process allows high density consolidation in a short time. The results showed that increased sintering temperature from $350^{\circ}C$ to $500^{\circ}C$ with pressure of 30MPa, the maximum values of the density was increased from 98.1% to 99.8% of theoretical density, respectively. However, density of the sintered chip powders was higher than that of gas-atomized powder due to larger contact areas between particles.

Oxidation Resistance of SPS (Spark Plasma Sintering) Sintered β-FeSi2Bodies at High Temperature (방전플라즈마 소결법으로 제작한 β-FeSi2 소결체의 고온 내산화성)

  • Chang, Se-Hun;Hong, Ji-Min;Oh, Ik-Hyun
    • Korean Journal of Materials Research
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    • v.17 no.3
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    • pp.132-136
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    • 2007
  • Oxidation resistance of sintered ${\beta}-FeSi_{2}$ was investigated at intermediate temperature range in air atmosphere. Fully dense and porous bodies of ${\beta}-FeSi_{2}$ samples were fabricated by using the Spark Plasma Sintering (SPS). They were annealed at $900^{\circ}C$ for 5days to obtain ${\beta}-FeSi_{2}$ phase. The bulk samples were oxidized at $800,\;900\;and\;950^{\circ}C$ in air atmosphere. The high temperature oxidation tests reveal that amorphous $SiO_{2}$ layer, similar to Si was formed and grew parabolically on ${\beta}-FeSi_{2}$. Accelerated oxidation is not observed as well as cracks and grain boundary oxidation. Granular ${\varepsilon}-FeSi$ was developed below the oxide layer as a result of oxidation of ${\beta}-FeSi_{2}$. Oxidation resistance of sintered ${\beta}-FeSi_{2}$ was excellent for high-temperature thermoelectric application.

Thermoelectric Properties of Rapid Solidified p-type Bi2Te3 Alloy Fabricated by Spark Plasma Sintering(SPS) Process (방전 플라즈마 소결법(SPS)으로 제조된 급속응고 p-type Bi2Te3 합금의 소결 특성)

  • Moon, Chul-Dong;Hong, Soon-Jik;Kim, Do-Hyang;Kim, Taek-Soo
    • Journal of Powder Materials
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    • v.17 no.6
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    • pp.494-498
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    • 2010
  • The p-type thermoelectric compounds of $Bi_2Te_3$ based doped with 3wt% Te were fabricated by a combination of rapid solidification and spark plasma sintering (SPS) process. The effect of holding time during spark plasma sintering (SPS) on the microstructure and thermoelectric properties were investigated using scanning electron microscope (SEM), X-ray diffraction (XRD) and thermoelectric properties. The powders as solidified consisted of homogeneous thermoelectric phases. The thermoelectric figure of merit measured to be maximum ($3.41{\times}10^{-3}/K$) at the SPS temperature of $430^{\circ}C$.

The Effect of Grain Size and Cooling Rate on Phase Transformation for Mechanically Alloyed Ni-36at.%Al Alloy (기계적 합금화된 Ni-36at.%Al 합금의 상변태에 미치는 결정립 크기 및 냉각속도의 영향)

  • Kim, Seong-Uk;Kim, Dae-Geon;Kim, Ji-Sun;An, In-Seop;Kim, Yeong-Do
    • Korean Journal of Materials Research
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    • v.10 no.9
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    • pp.642-647
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    • 2000
  • Nanocrystalline NiAl alloy containing 36at.%Al was synthesized by mechanical alloying (MA). Synthesized powder was sintered by a pulse electric current sintering (PECS) facility. Effecting parameters on the phase transformation were discussed in terms of cooling rate and time spent on heat treatment. The behavior of phase transformation for sintered parts was examined by differential scanning calorimetry (DSC) and X-ray diffraction (XRD) method. Microstructure was observed by scanning electron microscopy (SEM). Martensitic lattice parameter and volume fraction was calculated by direct comparison method in X-ray diffraction analysis.

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다상 나노 복합 구조를 가지는 Cu계 벌크 비정질 합금에서 불균일성 제어에 의한 특성 조절

  • Kim, Jin-U;Park, Eun-Su
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • 2011.02a
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    • pp.502-502
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    • 2011
  • 기존 연구에서는 단일 타겟으로부터 증착된 코팅층 내에 다상으로 이루어진 나노 복합구조를 형성하기 위하여, 나노 합금분말을 방전플라즈마 소결법 등으로 급속 소결하여 타겟을 제조하는 방법이 고려되어 왔다. 반면, 비정질 재료가 우수한 비정질 형성능을 가지는 경우 주조 방법에 의해서도 타겟 제조가 가능하며, 특히 최근 들어 금속 비정질 합금에서 합금의 주요 구성 원소들이 양의 혼합열을 가지는 경우, 액상 또는 과냉각 액상에서 상분리 현상이 발생한다는 것이 밝혀졌다. 이러한 사실에 기초하면, 우수한 비정질 형성능을 가지는 합금 시스템에 합금 구성 원소와 양의 혼합열 관계를 갖는 원소를 첨가함으로써, 비정질 기지 내에 화학적 불균일성을 유도하여 다상으로 이루어진 복합 구조를 형성시키는 것이 가능하다. 본 연구에서는 이러한 합금 설계법을 이용하여, 비정질 기지 내에 존재할 수 있는 불균일성 정도를 합금 조성과 주조 조건의 변화를 통하여 나노 크기에서 원자 크기까지 조절하고, 이에 따른 재료 특성과의 상관관계를 밝히고자 하였다. 이를 위하여 우수한 비정질 형성능을 가지는 Cu-(Zr, Hf)-Al 벌크 비정질 합금계에서 (Zr, Hf)과 (Y, Gd)간의 양의 혼합열 관계에 주목하여 Cu-(Zr, Hf)-(Y, Gd)-Al 벌크 비정질 형성 합금계를 설계하였으며, 이 합금계 내에서 조성과 냉각속도의 조절에 따라 나타나는 불균일성의 정도와 특성변화의 영향을 체계적으로 고찰하였다. 결과로서, Cu-(Zr, Hf)-Al 합금계에서 (Zr, Hf)을 (Y, Gd)으로 15 at.% 이상 치환한 경우, Cu-(Zr, Hf)-rich 와 Cu-(Y, Gd)-rich 비정질상으로 이상분리가 일어났으며, 이렇게 생성된 비정질-비정질 복합재는 응력 하에서 소성 변형을 거의 보이지 않았다. 반면, 5 at.% 이하로 (Zr, Hf)을 (Y, Gd)으로 치환한 경우에는 비정질 기지에 SAXS 혹은 WAXS로 확인 가능한 원자 크기의 불균일성이 나타났으며, 이 경우 비정질 합금의 점성 유동의 변화를 통해 합금의 연신 특성이 향상되었다. 특히, 본 연구에서는 비정질 기지내 불균일 제어를 통한 기계적 특성 향상을 위해서 조성 제어뿐 아니라 동역학적인 요소를 고려한 냉각속도 조절을 통한 원자단위 불균일성의 최적화가 필요함을 규명하였다. 이러한 연구 결과는 분말화 및 소결 과정을 배제하고 제조된 단일 타겟을 통해 코팅층에 다수의 합금원소를 혼합하고 나노/원자 스케일의 복합구조 형성 및 고집적화가 가능한, 타겟 모물질 설계의 새로운 방향을 제시함으로써 다기능성 복합소재 코팅층의 연구에 크게 기여할 것으로 사료된다.

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Fabrication of ZnS-SiO2 Composite and its Mechanical Properties (방전플라즈마 소결법을 이용한 ZnS-SiO2 복합재료의 제조와 기계적 특성)

  • Shin, Dae-Hoon;Kim, Gil-Su;Lee, Young-Jung;Cho, Hoon;Kim, Young-Do
    • Journal of Powder Materials
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    • v.15 no.1
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    • pp.1-5
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    • 2008
  • ZnS-$SiO_2$ composite is normally used for sputtering target. In recent years, high sputtering power for higher deposition rate often causes crack formation of the target. Therefore the target material is required that the sintered target material should have high crack resistance, excellent strength and a homogeneous microstructure with high sintered density. In this study, raw ZnS and ZnS-$SiO_2$ powders prepared by a 3-D mixer or high energy ball-milling were successfully densified by spark plasma sintering, the effective densification method of hard-to-sinter materials in a short time. After sintering, the fracture toughness was measured by the indentation fracture (IF) method. Due to the effect of crack deflection by the residual stress occurred by the second phase of fine $SiO_2$, the hardness and fracture toughness reached to 3.031 GPa and $1.014MPa{\cdot}m^{1/2}$, respectively.

Evaluation of Fe-Cr Systems Metallic Interconnectorby Spark Plasma Sintering (방전플라즈마 소결법을 이용한 Fe-Cr계 금속 연결재의 특성 평가)

  • Chang, Se-Hun;Hong, Ji-Min;Choi, Se-Weon;Kim, Hwi-Jun;Ahn, Jung-Ho;Oh, Ik-Hyun
    • Korean Journal of Materials Research
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    • v.17 no.8
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    • pp.397-401
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    • 2007
  • Fe based SOFC(Solid Oxide Fuel Cell) interconnector was fabricated by using the spark plasma sintering process and its microstructure and mechanical properties were investigated in this study. To fabricate the interconnector, the Fe-26Cr powder was mixed with the Ag (5, 10, 20wt.%) particles. In the Fe-26Cr-Ag sintered bodies, the Ag particles were almost dispersed at the grain boundary of the Fe-26Cr. The sintered bodies have the density of 87.2-97.5%, the density increases with increasing Ag content at sintering temperature of $850^{\circ}C$. Also, the compressive yield strength increases with increasing Ag content at the same sintering temperature.