분말 야금법에 의해 제조된 SiC휘스커 강화 2124알루미늄 복합재료(SiCw/2124 Al)에 피로하중이 작용할 경우 복합재료의 계면에 있어서의 전위의 집적현상으로 인해 피로손상에 매우 민감하다. 그러나 이와같은 계면에 있어서의 전위의 집적현상으로 발생하는 피로미소균열의 검출 및 그 특성 평가에 대해서는 종래의 초음파 기술로서는 많은 문제점이 지적되고 있다. 본 논문은 SiC 휘스커 강화 알루미늄 복합재료에 있어서의 초기 피로손상을 평가하기 위하여 최근 새로운 비파괴 기법인 선집속 빔초음파 현미경의 적용 가능성에 대하여 연구하였다. 이를 위해 SiCw/2124 Al 복합재료 시험편에 대해 하중제어하에서 누설표면파와 누설유사표면파의 속도를 V(z)곡선으로 부터 FFT해석으로 구해 그 특성에 대하여 검토하였다. 또 주파수 5MHz에 대한 종래의 표면파 기법에 의하여 얻어진 결과와 고주파 초음파 현미경에 의하여 구해진 결과를 비교 검토 하였다.
본 연구에서는 Ti-6Al-4V 합금에 대한 초고주기 피로시험 연구를 통하여 사이클에 따른 파단면 관찰결과 2가지 타입으로 명확히 구분되는 것을 확인할 수 있었다. 첫번째로 106사이클 범위에서 확인할 수 있는 것은 표면부에서 피로크랙 사이트가 시작된 전형적인 피로 파단면이다. 두번째는 107~109사이클에서는 확연히 다른 피로파단 양상으로, 표면으로부터 $500{\mu}m$ 내부에서 피로크랙 사이트가 시작되어 크게 박리되어 나간 형상으로, 크랙 사이트 주변을 관찰한 결과 미세한 마이크로 크랙들이 입계파괴 양상으로 형성되어 있는 것을 확인 할 수 있었다. 이에 내부 크랙 사이트 피로거동에 대한 연구결과와 본 시험에서 사용된 초음파피로시험기술의 이론 및 적용사례를 소개하고 현재 활발히 진행중인 연구동향을 밝히고자 한다.
포도의 안토사이아닌과 페놀 화합물의 고효율 추출을 위해 초음파 추출방법을 이용하여 반응표면분석법으로 조건을 최적화하였다. Box-Behnken design을 사용하여 시료-용매 비율, 추출시간, 초음파의 진폭을 독립변수로 하였으며, 총 안토사이아닌과 총 페놀 함량을 최대로 하는 추출조건을 최적화하였다. 총 안토사이아닌 함량은 3가지 독립변수가 유의적인 요인으로 시료-용매 비율이 증가할수록, 추출시간과 진폭은 감소할수록 총 안토사이아닌 함량이 증가하는 경향을 보였으나, 총 페놀 함량은 3가지 독립변수 모두 유의적인 요인이 아닌 것으로 나타났다. 총 안토사이아닌과 총 페놀 함량의 예측 값과 실측 값이 유사하여 본 연구에서 예측된 회귀식을 신뢰할 수 있음을 보여주었다.
본 연구에서는 바이오매스로부터 파클리탁셀 회수를 위한 전통적 용매 추출(conventional solvent extraction, CSE), 마이크로웨이브를 이용한 추출(microwave-assisted extraction, MAE), 초음파를 이용한 추출(ultrasound-assisted extraction, UAE) 방법을 비교하였다. 추출 용매 종류(아세톤, 클로로포름, 에탄올, 메탄올, 메틸렌 클로라이드)에 따른 영향을 조사한 결과, 메탄올이 모든 추출 방법에서 가장 적합하였다. 메탄올을 이용한 MAE와 UAE의 경우, 단 1회의 추출로 대부분의 파클리탁셀 회수(>95%)가 가능하였다. 또한 MAE와 UAE의 경우 추출 온도(25-45 ℃), 마이크로웨이브 파워(50-150 W), 초음파 파워(180-380 W)의 증가에 따라 파클리탁셀 회수율이 증가하였다. 또한 SEM 분석을 통해 바이오매스 표면을 조사한 결과, 표면 구조가 CSE의 경우에는 조금 주름진 형태를 보인 반면 MAE와 UAE의 경우에는 강한 충격으로 매우 거칠고 파괴된 형태를 보였다.
유도초음파를 활용한 비파괴검사기법은 장거리 배관 검사에 많이 활용된다. 장시간 사용에 따라 배관에는 표면 부식과 같은 형태의 결함이 주로 발생한다. 표면 부식형 결함의 경우 장거리 유도 초음파 검사 기법을 활용한 신호 해석에 어려움이 있다. 상반 정리는 복잡한 수학적 표현을 간단히 나타내주는 기법으로 잘 알려져 있다. 상반 정리는 평판, 반무한체의 산란 문제를 해결하는데 이미 적용된 바가 있지만 원통형 구조물에서는 적용된 사례가 없다. 이 논문에서는 배관 진단을 위해 상용 장비에서 많이 사용되는 비틀림파의 산란 신호를 상반 정리를 적용하여 해석하였다. 산란 신호는 상반 정리를 활용하여 산란 체의 형태와 위치에 따라 단순한 닫힘 해로 표현하였다. 타원형 결함과 사각 결함의 폭과 깊이 변화에 따라 주파수 별로 발생되는 산란 신호가 계산되었으며, 주파수 증가에 따른 주기적인 결과를 나타내는 것을 확인하였다. 산란 신호 해석을 위한 닫힘 해는 결함의 크기를 정량적으로 해석하는데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
초음파 검사는 초음파가 한 방향으로 진행한다고 하는 지향성을 이용하고 있으며, 지향성은 초음파의 전파방향 및 음압분포의 관계를 나타내고 있다. 본 논문에서는 가시화법을 적용하여 사각탐촉자로부터 방사되고, 표면결함으로부터 산란한 횡파의 지향성을 조사하고, 이런 실험결과들을 연속파를 기초로 한 기존이론과 비교하였다. 연속파이론의 적용성이 $d/{\lambda}$의 변수로 고찰되었다. (d는 진동자 및 결함의 크기, ${\lambda}$는 파장) 사각탐촉자의 경우, 실험결과들은 주극에서 이론적으로 계산한 지향성과 잘 일치하고 있었으며, 결함의 크기가 파장보다 작은 경우에도, 반사파에는 명확한 지향성이 관찰되었다. 파장에 대한 결함의 크기의 비가 동일 할 때 결함으로부터 반사파의 지향성은 주파수의 차이에도 불구하고 거의 일치하였다. $d/{\lambda}$가 1.5 이상일 때 측정한 지향성들은 이론적으로 계산한 지향성과 거의 동일하였다.
백금촉매의 분산을 향상시키기 위하여 카본블랙의 표면처리, 용매, 계면활성제 및 초음파분산기에 따른 효과를 고찰하였다. 카본블랙을 산화처리하여 카본블랙 표면에 친수성기인 작용기들을 도입함으로써 작용기들이 염화백금산 이온의 anchorage center역할을 하여 이 염화백금산을 환원시킬 때 백금입자(이온)의 이동이나 성장을 억제시켜 미립화 시킬 수 있다고 생각되었다. 혼합용매, 계면활성제, 초음파분산기 등을 이용한 경우, 염화 백금산이온이 anchorage center 역할을 하고 있는 작용기들에 까지 잘 스며들어감으로써 백금촉매의 분산성이 향상됨을 알았다. 혼합용매에 초음파분산기를 사용하여 공기산화시킨 카본블랙에 백금촉매를 담지시킨 결과, 분산성이 가장 우수하였으며 입자크기는 $30A^{\circ}$ 이하로 미립화 되었다.
초음파 분무 열분해법에 의해 합성된 Pb(Zr, Ti)O$_3$미분말의 원료염의 종류에 따른 상과 모양의 변화에 대해 조사했다. 질산염, 초산염, 알콕사이드등의 조합으로 만들어진 원료용액으로부터 합성된 미분말은 약간의 PbTiO$_3$를 포함하거나 포함하지 않는 Pb(Zr, Ti)O$_3$, 상을 나타내었다. 구형 이차입자의 표면에서 발견되는 표면 기공은 질산염의 함량증가에 따라 증가되며, 그 생성은 질산염의 열분해 특성에 기인되는 것으로 해석된다. 본 연구에서 초음파 분무 열분해법으로 합성된 미분말의상, 모양등의 분말특성을 고려할 때, Pb의 원료로서는 acetate, Zr의 원료로서는 oxyacetate, Ti의 원료로서는 oxynitrate 혹은 (iso-propoxide +acetylacetonate)가 적합한 것으로 판단된다.
이 연구에서는 무령왕릉에 사용된 전돌의 재료 특성에 관하여 고찰하였다. 압축 강도, 열전도도, 흡수율 등의 재료 특성은 비파괴 실험으로 측정하였다. 그 중에서 무령왕릉 전돌의 압축강도는 초음파 측정법과 흡수율을 이용하여 추정하였다. 실험 결과, 초음파 속도를 이용한 압축강도는 표면이 고르지 못하고 두께 편차가 큰 문화재 시편 특성상 표준편차가 크게 나타났다. 그러나 흡수율을 적용한 압축강도 값 (28.69 MPa ~ 33.19 MPa)은 일반 콘크리트의 압축강도 수준으로 편차가 낮게 나타났다. 따라서 초음파 속도를 이용하는 방법보다 흡수율을 이용하는 방법이 무령왕릉 전돌의 압축강도 예측법으로 보다 적합한 것으로 판단된다. 무령왕릉 전돌의 열전도도는 시료의 표면상태와 두께에 영향을 받지 않는 Mathis TCi를 이용하여 측정하였으며, 평균 1.58 W/mK로 흙에 근접한 값을 지닌다. 무령왕릉 전돌의 흡수율과 수분 잔류율은 각각 1.6 % ~ 15 %, 0 % ~ 0.7 %의 범위를 나타냈다.
제철소에서 생산되고, 활용되는 빌렛은 두 종류로 나누어, 밀도가 높은 강편 빌렛과 밀도가 낯은 연주 빌렛이 있다. 강편 빌렛은 밀도가 높고 표면이 매끄러워, 비교적 탐상이 용이하였으나, 연주 빌렛은 밀도간 낮고, 표면이 거칠어 탐상이 어려웠다. 연주 빌렛의 탐상도 가능케하기 위하여 초음파 탐촉자의 재질 및 치수등을 개선하고자 하였다. 주요 실험 결과로는, 초음파의 발신용 부분과, 수신용 부분이 서로 나뉘어 있는 분할형 탐촉자를 채택하였으며, 탐촉자의 치수는 탐상체의 치수와 밀접히 관계됨을 알았다. 예로써, 폭/두께가 각각 160mm인 연주 빌렛의 경우, 압전소자의 길이가 21mm, 폭이 8.5mm, 두께가 0.95mm, 인 것 두장이 나란히 내장된 탐촉자가 가장 적당하였다. 소자의 두께에 의존하는 이 때의 중심 주파수는 2.25MHz 였으며, 두 장의 압전소자간 각도에 의존하는 촛점 거리는 70mm 이었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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