• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.36 no.8
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• pp.835-841
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• 2012

We measured the mechanical and thermal properties of four types of cast irons used for manufacturing the brake discs of railway vehicles. It was found that these properties could be controlled by varying the composition of Ni, Cr, and Mo. Thermal fatigue tests were carried out by using a thermal fatigue tester in which thermal cycles could be controlled. Thermal crack initiation and propagation were measured on cylindrical specimens. Finally, we simulated the thermal fatigue test procedure by finite element analysis and calculated the thermal fatigue lifetimes by Manson-Coffin's equation and the maximum principal strain. The estimated thermal fatigue lifetimes corresponded to the measured lifetimes when the total crack length was $40{\mu}m{\sim}1mm$.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.249-249
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• 2010

핵융합로에서는 디버터의 열부하에 대한 안전성을 고려하기 위해 열전도도 및 열 저항성이 높은 텅스텐이 대면 물질로 고려되고 있으며, 경제적인 측면과 실용성 측면에서 텅스텐블록을 직접 제작하여 사용하는 것보다 텅스텐코팅이 효과적이라는 의견이 지배적이다. 또한 ASDEX Upgrade 에서는 탄소블럭에 텅스텐을 코팅하여 챔버 외벽 및 디버터 영역까지 구성하여 캠페인을 진행하였고, 재료적인 측면에서 안정성을 확인 하였다. 따라서 본 연구에서는 디버터 및 챔버외벽 등에 대한 대면물질을 구성하기 위해 상압 열플라즈마 제트를 이용하여 고온에서의 용융 및 냉각을 통해 모재에 텅스텐 피막을 적층하는 과정을 수행하고 있다. 기존의 연구를 통해 일부 공정 변수에 대해서는 이미 적정한 범위의 공정조건을 확보하였고, 기공도와 산화도 및 부착력 등의 물성치에 대한 추가적인 향상을 위해 주요 공정 변수에 집중하여 최적의 조건을 탐색하는 과정이 진행 중이다. 이를 위해 출력증가실험의 일환으로서 기존 36kW급 플라즈마 토치 전력을 한 단계 끌어 올려 48kW급 전력까지 단계적으로 상승시킴으로써 이에 따른 물성치 변화를 검증하고 있다. 현재 44kW 급까지 실험이 수행되었으며, 이를 통해 공극률 감소 및 미세구조 변화에 대한 결과를 얻었다. 실제로 토치의 출력을 증가시킴으로서 텅스텐 피막의 물성치가 변화하는 메커니즘은 플라즈마 제트의 중심부 온도 및 축방향 속도에 의해 결정된다. 중심부 온도가 상승하게 될수록 코팅을 위해 분사되는 분말의 용융률은 증가하지만 분말 외벽에 산화텅스텐이 형성될 가능성은 증가하게 되며, 플라즈마 제트의 모재를 향상 축방향 속도가 증가할수록 용융 된 분말이 모재에 증착 시 형성하는 형태가 원형에 가깝게 되므로 기공이 감소하는 효과가 발생한다. 특히 용융된 분말의 증착 형태는 모재의 온도 및 분말의 입사속도에 결정적이 영향을 받게 되며, 결국 모재와 분말사이의 습윤성에 의한 분말 분산속도가 분말의 입사속도에 버금갈 경우 분말은 모재 위에서 효과적으로 원형으로 전이하며 적층하게 된다. 이러한 전이 현상은 앞에서 언급한 모재의 온도 등에 의해 결정적으로 영향을 받게 되며, 모재의 온도가 전이온도 이하일 경우 폭파형태에서 원형으로 분말의 증착 형태가 전이하게 된다. 이외에 추가적으로 진행하고 있는 연구는 코팅 전처리에 해당하는 분말 효과이며, 특히 탄화텅스텐 분말을 통한 재료적 auto-shroud 효과와 미세분말을 이용한 분말 표면열속의 증가에 따른 용융률 증가효과를 연구에 포함할 계획이다. 이러한 연구는 열적, 그리고 재료적 해석을 바탕으로 해석적 접근을 통해 이루어진다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2005.11a
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• pp.134-135
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• 2005

To improve mean-life and reliability of power cable, we have investigated volume resistivity and thermal conductivity showed by changing the content of acetylene black which is the component parts of semiconductive shield in underground power transmission cable. The sheets were primarily kneaded in their pellet form material samples for 5 minutes on rollers ranging between 70[$^{\circ}C$] and 100[$^{\circ}C$]. Then they were produced as sheets after pressing for 20 minutes at 180[$^{\circ}C$] with a pressure of 200[kg/cm]. The content of conductive acetylene black was the variable, and their contents were 20, 30 and 40[wt%], respectively. Volume resistivity of specimens was measured by volume resistivity meter after 10 minutes in the preheated oven of both $25\pm1[^{\circ}C]$ and $90\pm1[^{\circ}C]$. Thermal conductivity was measured by Nano Flash Diffusivity. The measurement temperatures of thermal conductivity using Nano Flash Diffusivity were both 25[$^{\circ}C$] and 55[$^{\circ}C$]. From these experimental results, volume resistivity was high according to an increase of the content of acetylene black. And thermal conductivity was increased to an increase of the content of acetylene black. And thermal conductivity were increased by heating rate because volume of materials was expanded according to rise in temperature.

• Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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• v.18 no.5
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• pp.51-58
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• 2014

This paper presents a fire exposure test result to evaluate fire resistance capacity of retrofit method using FRP (Fiber Reinforced Polymer) in reinforcement concrete structure. Especially, this paper focused on near-surface-mounted retrofit method; FRP is mounted into the groove after making a groove in concrete. In the test, main parameters are retrofit method and materials for fire proofing. Spray type of perlite and board type of calcium silicate were considered as external fire proof on surface while particle of calcium silicate and polymer mortar as internal one in groove. By increasing the temperature of inside heating furnace, the transfer of temperature from surface of fire proofing material to groove in specimen was measured. As a result, fire proofing using the board of calcium silicate was more effective to delay the heat transfer from outside than spraying with perlite. It was found that the fire proofing could resist outside temperature of $820^{\circ}C$ at maximum to keep the temperature of epoxy below glass transit temperature (GTT).

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2005.05b
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• pp.19-24
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• 2005

To improve mean-life and reliability of power cable, we have investigated specific heat (Cp) and thermal conductivity of XLPE insulator and semiconductive materials in 154kV underground power transmission cable. Specimens were respectively made of sheet form with EVA, EEA and EBA added 30wt%, carbon black, and the other was made of sheet form by cutting XLPE insulator in 154kV power cable. Specific heat (Cp) and thermal conductivity were· measured by DSC (Differential Scanning Calorimetry) and Nano Flash Diffusivity. Specific-heat measurement temperature ranges of XLPE insulator were from 20[$^{\circ}C$] to 90[$^{\circ}C$], and the heating rate was 1[$^{\circ}C$/min]. And the measurement temperatures of thermal conductivity were 25[$^{\circ}C$}], 55[$^{\circ}C$] and 90[$^{\circ}C$]. In case of semiconductive materials, the measurement temperature ranges of specific heat were from 20[$^{\circ}C$] to 60[$^{\circ}C$], and the heating rate was 1[$^{\circ}C$/min]. And the measurement temperatures of thermal conductivity were 25[$^{\circ}C$] and 55[$^{\circ}C$]. From these experimental results, both specific heat and thermal conductivity were increased by heating rate because volume of materials was expanded according to rise in temperature.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.146-146
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• 1999

BN은 천연에는 존재하지 않는 인공재료로서 특히 섬아연광형 질화붕소인 c-BN은 다이아몬드 다음가는 고경도, 높은 열전도도를 가지고 있을 뿐만 아니라 다이아몬드와는 달리 철계금속에 대해 화학적으로 매우 안정하기 때문에 다이아몬드의 응용이 매우 제한되고 있는 철강제품의 가공공구, 내마모 코팅재료로서 주목받고 있는 차세대 박막재료이다. 최근 c-BN박막 합성에 관한 많은 연구결과들이 보고되었는데 대부분의 연구자들이 성장하는 박막 표면에 입사되는 이온 에너지 및 유량이 c-BN 합성에 중요한 인자이며, 합성된 박막은 sp2결합층(h-BN)과 sp3결합층(c-BN)이 혼합되어 있음을 알 수 있다. 그러나 기존의 이온빔보조 합성법(IBAD) 공정에서는 입사빔과 증착물질이 공간적, 시간적으로 일치되는 경우에만 입사빔의 운동에너지가 증착공정에 기여하기 때문에 입사빔의 정밀한 에너지 조절이 어렵게 된다. 그러나 음이온 빔 직접 증착법에서는 입사이온빔 자신이 운동에너지를 운반하기 때문에 에너지 조절이 정밀할 뿐만 아니라 이를 통해 BN 박막의 상 및 성장거동을 조절할 수 있게 된다. 본 연구에서는 음이온 직접 증착법을 이용하여 c-BN박막을 합성하고 이의 초기성장층의 성장거동을 조사하였다. 증착시 음이온 빔의 에너지가 Bn 박막의 결정성에 미치는 영향을 알아보기 위하여 100~500eV의 보론 음이온빔을 조사하였으며 질소원으로는 낮은 낮은 에너지 범위의 질소이온을 동시에 공급하였다. FRIR 분석결과, 보론 이온의 에너지가 증가하면 cubic 상의 분율이 증가하였으며 증착된 박막은 15nm 두께의 sp2결합층이 먼저 성장한후 sp3결합층으로의 상전이가 일어났다. 질소이온빔의 에너지는 100eV 일 때 최대 cubic 함량과 두께를 보였으며 그 이상의 에너지에서는 c-BN 박막을 sputter시켰다. AFM 관찰결과, h-Bn층은 날카롭고 방향성을 가진 침상이었으며 c-BN 층은 atomically smooth 한 표면을 관찰할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.154-154
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• 1999

금속산화막은 전자부품 및 광학적 응용에 널리 사용되고 있다. 특히 알루미늄의 산화막은 유전체의 재료로 커패시터에 많이 사용되고 있다. 이러한 알루미늄 산화막을 plasma를 이용한 ion plating에 의해 형성하였다.Activated Reactive Evaporation은 화합물의 증착율을 높이는데 좋은 증착법이다. 이러한 증착법에는 reactive ion plating와 ion-assisted deposition 그리고 ion beam sputtering 등이 있다. 본 연구에서는 알루미늄 산화막을 증착시키기 위해 plasma를 이용한 electron-beam법을 사용하였다. Turbo molecular pump로 챔버 내의 진공을 약 10-7torr까지 낸린 후 5$\times$10-5torr까지 O2와 Ar을 주입시켰다. 각 기체의 분압은 RGA(residual gas analyzer)로 조사하여 일정하게 유지시켰다. plasma를 발생시키기 위해 filament에서 열전자를 방출시키고 1kV 정도의 electrode에 의해 가속시켜 이들 기체들과 반응시켜 plasma를 발생시켰다. 금속 알루미늄을 5kV정도의 고전압과 90mA의 전류로 electron beam에 의해 증발시켰다. 기판의 흡착율을 높ㅇ기 위해 기판에 500V로 bias 전압을 걸어 주었다. 증발된 금속 알루미늄 증기들이 plasmaso의 산소 이온들과 활성 반응을 이루어 알루미늄 기판 위에 Al2O3막을 형성하였다. 알루미늄 산화막을 분석하기 위해 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)로 화학적 조성을 조사하였는데, 알루미늄의 2p전자의 binding energy가 76.5eV로 측정되었다. 이는 대부분 증착된 알루미늄이 산소 이온과 반응하여 Al2O3로 형성된 것이다. SEM(Scanning electron Microscopy)과 AFM(Atomim Force microscopy)으로 증착박 표면의 topology와 roughness를 관찰하였다. grain의 크기는 10nm에서 150nm이었고 증착막의 roughness는 4.2nm이었다. 그리고 이 산화막에 전극을 형성하여 유전 상수와 손실률 등을 측정하였다. 이와 같이 plasma를 이용한 3-beam에 의한 증착은 금속의 산화막을 얻는데 유용한 기술로 광학 재료 및 유전 재료의 개발 및 연구에 많이 사용될 것으로 기대된다.

• Composites Research
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• v.37 no.3
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• pp.155-161
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• 2024

Boron nitride nanotubes and carbon nanotubes are the most representative one-dimensional nanostructures, and have received great attention as reinforcement for multifunctional composites for their excellent physical properties. The two nanotubes have similar excellent mechanical stiffness, strength, and heat conduction properties. Therefore, the reinforcing effect of these two nanotubes is greatly influenced by the properties of their interface with the polymer matrix. In this paper, recent comparative studies on the reinforcing effect of boron nitride nanotubes and carbon nanotubes through experimental pull-out test and in-silico simulation are summarized. In addition, the conflicting aspect of the two different nanotubes with structural defects in their side wall is discussed on the viscoelastic damping performance of nanocomposites.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2018.06a
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• pp.96-96
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• 2018

금속재료 중 알루미늄(Al)은 일반적으로 많이 사용되는 철강재에 비해 그 비중이 약 $1/3(2.7g/cm^3)$인 경량이고 열전도율이 약 3배($196kcal/^{\circ}C$, $20^{\circ}C$)로 높은 특성 등을 갖고 있다. 또한 대량생산에 의한 경제성을 가지기 때문에 건축 구조재, 전기 및 가전 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 위와 같은 특성으로 인해 열교환기의 종류에서 응축기(Condenser) 및 증발기(Evaporator)는 알루미늄(Al)을 널리 사용하고 있다. 하지만 단일 응축기 부품에도 이종 알루미늄 소재가 사용됨에 따라 갈바닉 부식이 발생할 수 있다는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 현재 상용되고 있는 열교환기 중 응축기에서의 이종 알루미늄 재료로 인해 나타나는 갈바닉 부식 특성을 관찰-분석-연구 하였다. 본 연구에 사용된 알루미늄 재료는 현재 응축기 재료 중에서 각각 Tube와 Fin으로 널리 상용되고 있는 Al 1100과 Al 3003을 사용하였다. 표면 모폴로지는 SEM을 통해 관찰하였고 EDS를 통해 조성원소를 분석하였다. 또한 내식성 평가를 위해 5% NaCl 환경에서의 SST(Salt spray test, 염수분무시험) 시험과 3% NaCl 용액 내 자연침지 시험 및 탈기된 3% NaCl 용액 내 전기화학적 동전위 양극 분극 시험을 진행하였으며 더불어 갈바닉 부식 시험에 따른 혼합 전위 측정 및 외관 관찰을 하였다. 각 재료는 실험에 대해 동일한 표면적을 노출시켜 시험하였다. 5% NaCl 환경에서의 염수분무 시험 결과 Fin(Al 3003)의 경우에는 Tube(Al 1100) 보다 빠른 부식거동을 보이며 국부적인 공식부식(Pitting corrosion)이 촉진되었다. Tube(Al 1100)의 경우에는 치밀한 Al2O3 형성과 부식에 따른 Al(OH)3를 생성함에 따라 Fin(Al 3003)에 비해 느린 부식거동을 보였다. 3% NaCl 용액 내 자연 침지 및 전위 측정 결과 초기 전위는 Fin(Al 3003, 약 -0.85V/SCE)이 Tube(Al 1100, 약 -1.05V/SCE)에 비해 더 높은 값을 가지며 약 72시간 이후 Tube(Al 1100) 시편이 더 안정적인 전위 값을 나타냈다. 이는 안정적인 Al(OH)3 피막 형성에 기인한 것으로 사료된다. 탈기된 3% NaCl 용액 내 전기화학적 동전위 양극 분극 시험 결과 Fin(Al 3003) 시편에서 더 귀한 부식 전위 값을 나타냈지만 부식 전류는 더 낮은 값을 나타냈다. 상기 시험 결과를 바탕으로 Fin-Tube 간 장기간 접촉 시에는 갈바닉 부식이 발생할 수 있을 것으로 사료된다. 갈바닉 부식 시험 결과 초기 혼합 전위는 약 -1.05 V/SCE를 나타냈으며 약 288시간 경과 후 약 -0.85 V/SCE 값을 나타냈다. 이는 자연 전위 측정 및 동전위 양극 분극 시험에서의 부식 전위 값에서 알 수 있듯이 더 비한 전위인 Tube(Al 1100) 시편이 Fin(Al 3003) 시편에 대해 희생양극적(Sacrificial anode)인 역할을 한 것을 확인할 수 있었다. 또한 갈바닉 부식 전위 측정 간 외관 관찰에서도 Tube(Al 1100) 시편은 빠르게 흑변 하는 것을 확인할 수 있었으며 Fin(Al 3003) 시편은 침지 300시간 이후에도 초기와 유사한 표면 상태 및 광택을 유지하였다. 이상의 SST 시험, 자연 침지 시험, 전기화학적 양극 분극 시험 및 갈바닉 부식 시험 결과를 바탕으로 단일 부품 내 이종 알루미늄 소재 간 접촉 및 그에 따른 갈바닉 부식 발생을 확인할 수 있었다. 따라서 동종 성분이라고 할지라도 단일 부품 제작 시에는 그 사용 환경에 따라 이종 금속 재료의 사용에 대한 재고가 필요할 것으로 사료된다.

• Polymer(Korea)
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• v.37 no.4
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• pp.518-525
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• 2013

To improve the mechanical properties of polypropylene (PP) biocomposites reinforced with sulfuric acidtreated green algae (SGA), SGA/graphite nanoplatelets (GNP)/PP biocomposites were prepared and their properties were evaluated depending on the particle size and content of GNP. The flexural and impact strength of SGA/GNP/PP biocomposites decreased with the addition of GNP, whereas the flexrual and storage moduli were greatly improved with increasing GNP loading. SGA/GNP/PP biocomposites reinforced with GNP5 showed generally better mechanical properties compared to that reinforced with GNP15 mainly due to the improved dispersion of the smaller GNP. SGA/GNP/PP biocomposites reinforced with GNP5 showed a lower resistance to the thermal expansion because the relatively uniform dispersion of smaller GNP was responsible for the effective heat transfer to the polymer matrix. As a result, SGA/GNP/PP biocomposite was acceptable for the general purpose application due to the improved flexural resistance, storage moduli, and damping characteristics.