• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2009년도 추계학술대회 논문집
• /
• pp.77-77
• /
• 2009

$Pb(Zr,Ti_O_3$계 세라믹스는 우수한 압전 특성으로 인하여 압전변압기 및 액츄에이터, 센서 등 많은 분야에 응용이 되어져 왔다. 그러나, 최근 들어 $1000^{\circ}C$에서 급속도로 많은 휘발을 하는 PbO는 환경 및 인체에 나쁜 영향을 미칠 뿐 아니라 사용 후의 처리도 어려워 선진국에서는 사용을 제한하거나 줄이고 있는 추세에 있다. 따라서, PbO를 포함하지 않은 무연 (Lead-free)계 압전 세라믹스에 대한 연구가 많은 관심을 끌고 있으며 앞으로는E 장래성 있는 하나의 이슈 분야가 될 것이다. 이러한 Pb-based System 세라믹스를 대체 할 재료로서 $(Bi_{1/2}Na_{1/2})TiO_3$나 Tungsten-Bronze type, $(K_{1/2}Na_{1/2})NbO_3$ 등이 주로 연구가 되고 있다. 특히, alkali niobate를 기초로 한 $(K_{1/2}Na_{1/2})NbO_3(NKN)$은 무연 압전 물질로서 많은 주목을 받고 있다. 그러나, NKN의 주요 성분인 K 의 높은 조해성 때문에 일반적인 고상방법으로는 고 밀도의 세라믹을 얻기 힘들뿐더러 낮은 상전이 온도 때문에 많은 응용에는 제약이 되고 있다. 이러한 세라믹의 단점을 보완하고자 Hot forging, RTGG, SPS 등 과 같이 특수한 소결방법을 사용하여 고밀도의 세라믹을 제작하지만 이 방법들은 제품 대량 생산에 있어 경제적으로나 복잡한 제조과정을 고려할 때 매우 비효율적이라고 판단된다. 그러므로 $BaTiO_3$, $LiTaO_3$, Mg, Ca등을 첨가 시켜 소결을 향상시키고 고밀도를 얻기 위해 많은 연구가 진행 중이다. 따라서 본 연구에서는 Pb-based계의 세라믹스를 대체할 우수한 특성의 세라믹스를 제작하고자 기존의 $(K_{1/2}Na_{1/2})NbO_3(NKN)$세라믹스에서 낮은 용융온도 때문에 소결하기 어려운 $KNbO_3$를 제거한 $NaNbO_3$에 $LiNbO_3$와 $BaTiO_3$를 추가한 $NaLiNbO_3-BaTiO_3$세라믹스에 $K_4CuNb_8O_{23}$(KCN)을 첨가함으로서 이에 따른 압전 및 유전 특성을 조사하였다.

• Journal of Magnetics
• /
• 제17권2호
• /
• pp.86-95
• /
• 2012

This study investigated the effects of adding a third alloying element, Ni, to create $Fe_{70-x}Pd_{30}Ni_x$ (x = 2, 4, 6, 8 at.% Ni) ferromagnetic shape memory alloys (FSMAs). The Ni replaced a portion of the Fe. The $Fe_{70-x}Pd_{30}Ni_x$ alloys were homogenized through hot and cold forging to gain a ~38% reduction in thickness, next they were solution-treated (ST) with annealing recrystallization at $1100^{\circ}C$ for 8 h and quenched in ice brine, and then aged at $500^{\circ}C$ for 100 h. Investigation of the microstructures and magnetostriction indicated that the greater Ni amount in the $Fe_{70-x}Pd_{30}Ni_x$ alloys reduced saturation magnetostriction at room temperature (RT). It was also observed that it was more difficult to generate annealed recrystallization. However, with greater Ni addition into the $Fe_{70-x}Pd_{30}Ni_x$ (x = 6, 8 at.% Ni) alloys, the $L1_0+L1_m$ twin phase decomposition into stoichiometric $L1_0+L1_m+{\alpha}_{bct}$ structures was suppressed after the $500^{\circ}C$/100 h aging treatment. The result was that the $Fe_{70-x}Pd_{30}Ni_x$ (x = 6, 8 at.% Ni) alloys maintained a high magnetostriction and magnetostrictive susceptibility (${\Delta}{\lambda}{_\parallel}{^s}/{\Delta}H$) after the alloys were aged at $500^{\circ}C$ for 100 h. This magnetic property of the $Fe_{70-x}Pd_{30}Ni_x$ (x = 6, 8 at.% Ni) alloys make it suitable for application in a high temperature (T > $500^{\circ}C$) and high frequency environments.

• 열처리공학회지
• /
• 제28권5호
• /
• pp.239-249
• /
• 2015

Various amount of NbC carbide was intentionally formed in a matrix-type cold-work tool steel by controlled amount of Nb and C addition. And the effect of NbC addition on the mechanical properties was investigated. Four alloys with different Nb and C contents were cast by vacuum induction melting, then hot forging and spheroidizing annealing were conducted. The machinability of the annealed specimens was examined with 3 different cutting tools. And tensile tests at room temperature were conducted. After quenching and tempering, hardness and impact toughness were measured, while wear resistance was evaluated by disk-on-plate type wear test. The increasing amount of NbC addition resulted in degraded machinability with increased strength, whereas the absence of NbC also led to poor machinability due to high toughness. After quenching and tempering, the additional NbC improved wear resistance with increasing hardness, whereas it deteriorated impact toughness. Therefore, it could be found that a moderate addition of NbC was desirable for the balanced combination of mechanical properties.

• 열처리공학회지
• /
• 제28권4호
• /
• pp.181-189
• /
• 2015

Two types of advanced cold-work tool steels were characterized and compared. A higher-alloyed ledeburitic steel with primary carbides (denoted as 9Cr) and a lower-alloyed steel without primary carbides (5Cr) were fabricated by vacuum induction melting and subsequent hot forging. They were spheroidizing-annealed at $870^{\circ}C$, quenched at $1030^{\circ}C$ and tempered at 180 or $520^{\circ}C$. Their machinability after annealing and hardness, impact toughness, wear resistance after tempering were compared and interpreted in association with their characteristic microstructures. After annealing, 5Cr showed higher resistance to machining due to higher ductility and toughness in spite of lower strength and smaller carbide volume. Owing to smaller carbide volume fraction and the absence of coarse primary carbides, 5Cr showed even better impact toughness although the hardness was lower. The improved toughness of 5Cr resulted in excellent wear resistance, while smaller volume fraction of retained austenite also contributed to it.

• 한국재료학회지
• /
• 제25권11호
• /
• pp.636-641
• /
• 2015

Titanium has many special characteristics such as specific high strength, low elastic modulus, excellent corrosion and oxidation resistance, etc. Beta titanium alloys, because of their good formability and strength, are used for jet engines, and as turbine blades in the automobile and aerospace industries. Low cost beta titanium alloys were developed to take economic advantage of the use of low-cost beta stabilizers such as Mo, Fe, and Cr. Generally, adding a trace of boron leads to grain refinement in casted titanium alloys due to the pinning effect of the TiB phases. This study analyzed and evaluated the microstructural and mechanical properties after plastic deformation and heat treatment in boron-modified Ti-2Al-9.2Mo-2Fe alloy. The results indicate that a trace of boron addition made grains finer; this refinement effect was found to be maintained after subsequent processes such as hot forging and solution treatment. This can effectively reduce the number of required manufacturing process steps and lead to savings in the overall cost as well as low-cost beta elements.

• 한국표면공학회지
• /
• 제44권1호
• /
• pp.13-20
• /
• 2011

This study investigated the high temperature oxidation behavior of Fe-22%Cr-5.8%Al alloy and the oxidation kinetics of the alloy were discussed. Bulk samples were prepared by VAM (vacuum arc melting) and hot forging. High temperature oxidation testes were isothermally conducted up to 100 hours in 79%$N_2$+21%$O_2$ environment at three different temperatures ($900^{\circ}C$, $1000^{\circ}C$, $1100^{\circ}C$). The weight gain was measured after oxidation according to oxidation time (2, 4, 6, 8, 10, 15, 20, 25, 30, 60, 80, 100 hours). The weight gain significantly increased with increasing oxidation temperature. As the temperature increased, the oxidized samples showed sequential formation of $Al_2O_3$, Cr-rich oxide, Fe-rich oxide. The activation energy of high temperature oxidation was obtained as 306.63 KJ/mol. $Al_2O_3$ were developed on the surface in the early stage of oxidation, representing protective role of oxidation. However, Fe-based and Cr-based oxides leaded to breakaway of oxide layer, thus resulted in the significant increase of additional oxidation.

• 한국재료학회지
• /
• 제33권12호
• /
• pp.558-564
• /
• 2023

In this study, we designed and manufactured a large angular contact ball bearing (LACBB) with low deformation using JIS-SUJ2 steel and analyzed changes in its structural characteristics and chemical composition upon heat treatment. The bearing was produced by hot forging and heat treatment including a quenching and tempering (Q/T) process, and its properties were analyzed using 4 mm thick specimens. A difference in the size distribution of the carbide in the outer and inner parts of the bearing was observed and it was confirmed that large and non-uniform carbide was distributed in the inner part of the bearing. After heat treatment, the hardness value of the outer part increased from 13.4 HRC to 61 HRC and the inner part increased from 8.0 HRC to 59.7 HRC. As a result of X-ray diffraction (XRD) measurements, the volume fraction of the retained austenite contained in the outer part was calculated to be 3.5~4.8 % and the inner part was calculated to be 3.6~5.0 %. The surface chemical composition and the content of chemical bonds were quantified through X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and a decrease in C=C bonds and an increase in Fe-C bonds were confirmed.

• 한국분말재료학회지
• /
• 제31권1호
• /
• pp.50-56
• /
• 2024

We report the effect of plastic deformation on the thermoelectric properties of n-type Bi₂Te_2.5Se_0.5 compounds. N-type Bi₂Te_2.5Se_0.5 powders are synthesized by an oxide-reduction process and consolidated via spark-plasma sintering. To explore the effect of plastic deformation on the thermoelectric properties, the sintered bodies are subjected to uniaxial pressure to induce a controlled amount of compressive strains (-0.2, -0.3, and -0.4). The shaping temperature is set using a thermochemical analyzer, and the plastic deformation effect is assessed without altering the material composition through differential scanning calorimetry. This strategy is crucial because the conventional hot-forging process can often lead to alterations in material composition due to the high volatility of chalcogen elements. With increasing compressive strain, the (00l) planes become aligned in the direction perpendicular to the pressure axis. Furthermore, an increase in the carrier concentration is observed upon compressive plastic deformation, i.e., the donor-like effect of the plastic deformation in n-type Bi₂Te_2.5Se_0.5 compounds. Owing to the increased electrical conductivity through the preferred orientation and the donor-like effect, an improved ZT is achieved in n-type Bi₂Te_2.5Se_0.5 through the compressive-forming process.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2010년도 하계학술대회 논문집
• /
• pp.307-307
• /
• 2010

최근 유한연료의 고갈로 인해 세계 유가가 불안정 됨으로서 대체 에너지에 대한 연구가 많이 진행 되고 있다. 특히 압전 소자를 이용한 에너지 하베스팅은 압전 역효과를 이용한 것으로서 주변에서 무의미하게 버려지는 진동이나 바람, 열 에너지를 실 생활에 사용할 수 있는 전기 에너지로 변환할 수 있는 유망한 기술 중 하나이다. 이러한 에너지 하베스팅 기술은 일본과 같은 선진국에서 이미 지하철 및 일반 다리와 같이 진동이 극히 많은 곳에서 응용되고 있다. 이러한 에너지 하베스팅 기술을 응용 하려면 전압출력 계수($g_{33}$)가 높아야 한다. 이것은 압전 d 상수와 유전상수에 영향을 많이 받는 것으로 알려져 있다. 현재가지 응용되는 압전 하베스팅 조성은 Pb(Zr,Ti)$O_3$ (PZT)를 기초로한 세라믹이 응용되고 있다. Pb(Zr,Ti)$O_3$ (PZT) 세라믹은 Morpohotropic phase boundary(MPB)에서 전기기계 결합계수 (kp) 와 기계적 품질계수 (Qm) 이 각각 0.5와 500으로 우수한 특성을 나타낸다. 또한 큐리온도 (Tc) 도 $400^{\circ}C$로 온도 안정성 또한 높다. 하지만 $1000^{\circ}C$ 이상에서 소결하는 PbO는 소결 중 급격한 휘발로 환경적 오염 뿐 아니라 특성의 저하를 야기시킨다. 그래서 몇몇 나라에서는 그 사용을 제한하고 점차적으로 사용을 줄여 나가고 있는 동시에 PbO가 첨가되어 있지 않은 Lead-Free 세라믹의 연구가 많이 진행되고 있다. Lead-Free 세라믹 중 alkaline niobate를 기초로 한 페로브스카이트 구조의 ($Na_{0.5}K_{0.5})NbO_3$ (NKN) 은 PbO를 기초로 한 세라믹을 대체할 유망한 후보자 중 하나이다. 하지만 NKN세라믹의 K 성분의 조해성 및 고온에서의 휘발로 인해 일반 적인 소결 방법으로는 고밀도의 세라믹을 얻기 매우 어렵다. 그래서 Hot pressing, Hot forging, RTGG(Reactive Template Grain Growth), SPS(Spark plasma Sintering)와 같은 특별한 소결 법을 이용하거나 $K_8CuNb_4O_{23}$(KCN) 이나 $K_{5.4}Cu_{1.3}Ta_{10}O_{29}$(KCT) 등을 첨가하여 그 소결성을 향상 시키는 방법도 있다. 또한 압전 d상수를 향상 시키기 위해 $Nb_2O_5$나, $La_2CO_3$, $CeO_2$, $Li_2CO_3$ 등을 치환함으로써 압전 d상수를 향상 시켜 전압출력 계수를 높이는 연구 또한 많은 보고가 되어 있다. 특히 $Li_2CO_3$의 첨가는 일반 적인 소결 방법으로도 밀도의 조밀함을 향상 시켜 그에 따른 높은 유전율과 전기기계 결합계수, 압전 d상수를 가져 많은 연구가 되어지고 있다. 그래서 본 연구에서는 일반적인 ($K_{0.5}N_{0.5})_{1-x}Li_x(Nb_{0.96}Sb_{0.04})O_3$ + 0.2mol%$La_2O_3$ + 1.2mol%$K_8CuNb_4O_{23}$ 세라믹에 x(=Li) 치환에 따른 유전 및 압전특성을 조사하였다.

• 한국재료학회지
• /
• 제2권1호
• /
• pp.65-75
• /
• 1992

0.4wt% C을 함유하는 기존의 기계구조용 탄소강에 V과 Nb을 단독 또는 복합으로 첨가한 열간단조용 비조질강의 기계적 성질을 조사하고, 미세조직과 셔출물의 분포 및 형상을 관찰하였으며 첨가원소의 영향을 정량화 하기 위해 중회귀분석을 행하였다. 인장시험 결과 모든 재료의 인장강도는 $70kg/\textrm{mm}^2$ 이상으로 기존의 소입.소려재(S45C)와 동등하거나 그 이상이었으며, 충격시험 결과 대부분 재료의 충격에너지는 40J 이하로 기존 재료의 약 50%정도였 다. V함량이 0.10에서 0.l5wt%로 증가하였을 경우 인장강도는 약 20% 증가하였으나 충격에너지는 감소하였다. 이는 VC의 미세석출에 의해 석출강화 효과와 함께 펄라이트의 부피분율이 증가하고 층간거리가 감소했기 때문이다. 반면 Nb 함량이 0.05에서 0.10wt%로 증가한 경우에는 강도와 인성의 근소한 증가경향을 나타내었다. 이는 NbC의 석출애 의한 결정립 미세화 효과가 VC 보다 우세했기 때문이다. 또한 V+Nb의 복합첨가는 단독첨가시에 비하여 충격인성의 향상에 보다 효과적이었으며, 본 실험에서 최적 강도와 인성의 조합을 보인 합금조성은 0.4C-1.19Mn-0.05S-0.12V-0.07Nb로 인장강도는 $84kg/\textrm{mm}^2$ 이상, 충격인성은 34J 이상이었다.