• 한국추진공학회지
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• 제15권6호
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• pp.15-25
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• 2011

금속 연료 중 널리 사용되는 알루미늄의 연소 특성에 관하여 1차원 연소모델링을 제안하였다. 연소 모델링은 예열영역, 반응영역, 반응 후 영역, 세 영역으로 나누어 수행하였다. 또한 희박연소로 가정하여 단일 입자의 경우 입자크기와 당량비에 따른 화염속도, 나노와 마이크로 입자의 혼합물의 경우 혼합 비율에 따른 화염속도를 압력이 1기압 조건에서 계산하여 실험결과와 비교하였다. 단일입자의 경우, 입자의 크기가 작아질수록 화염속도가 빨라지고, 당량비가 낮아질수록 화염속도가 느려지는 현상이 관찰되었다. 나노와 마이크로 입자의 혼합물의 경우, 나노 입자의 함유량에 따라 화염속도는 빨라지며, 화염구조는 분리화염과 중첩화염이 나타남이 관찰되었다.

• 한국가스학회지
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• 제18권5호
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• pp.20-25
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• 2014

마이크로 크기의 알루미늄 분진의 폭발 특성에 대한 연구는 많이 조사되어 왔지만 나노 크기의 알루미늄 분진에 대한 연구는 매우 적다. 본 연구에서는 나노 및 마이크로 크기의 알루미늄 분진 (70 nm, 100 nm, $6{\mu}m$, $15{\mu}m$)이 분진폭발특성에 미치는 영향을 20 L 폭발시험 장치를 사용하여 실험적으로 조사하였다. 부유 상태의 알루미늄 분진의 입자 크기가 감소하면, 나노 크기에서의 알루미늄 분진의 폭발하한농도(LEC)는 마이크로 크기의 알루미늄분진보다 감소하였다. 나노 크기의 알루미늄 분진에서의 폭발특성은 마이크로 크기의 알루미늄 분진과 명확한 폭발성의 차이를 보이지 않았다. 투과 전자 현미경(TEM )에 의해 나노 크기의 알루미늄 입자의 관찰로부터 입자 간의 응집성의 증가가 나노 알루미늄 분진의 폭발성에 영향을 미칠 수 있을 것으로 추정되었다.

• Composites Research
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• 제32권3호
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• pp.141-147
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• 2019

In this study, micro-sized and nano-sized pure aluminum (Al) powders were compressed by unidirectional pressure at room temperature. Although neither type of Al bulk was heated, they had a high relative density and improved mechanical properties. The microstructural analysis showed a difference in the process of densification according to particle size, and the mechanical properties were measured by the Vickers hardness test and the nano indentation test. The Vickers hardness of micro Al and nano Al fabricated in this study was five to eight times that of ordinary Al. The grain refinement effect was considered to be one of the strengthening factors, and the Hall-Petch equation was introduced to analyze the improved hardness caused by grain size reduction. In addition, the effect of particle size and dispersion of aluminum oxide in the bulk were additionally considered. Based on these results, the present study facilitates the examination of the effect of particle size on the mechanical properties of compacted bulk fabricated by the powder metallurgy method and suggests the possible way to improve the mechanical properties of nano-crystalline powders.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2012년도 제38회 춘계학술대회논문집
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• pp.429-434
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• 2012

금속 연료로 사용되는 마이크로/나노 알루미늄 입자를 산화피막에 의한 점화 지연을 최소화 하는 점화 방법을 제시 하였다. 알루미늄 입자를 생성시킴과 동시에 가열하여 입자가 생성된 직후 산소와 접촉시 격렬한 산화 반응을 유도하여 점화를 시키는 방법이다. 1064 nm 파장의 Nd:YAG 펄스 레이저를 이용한 레이저 삭마(laser ablation)를 알루미늄 시편에 발생시켜 입자를 생성하였으며, 산란 기법(scattering method)을 이용하여 입자를 가시화하여 생성을 확인하였다. 10.6 ${\mu}m$ 파장의 $CO_2$ 연속 레이저를 사용하여 알루미늄 시편을 가열하고 생성된 입자의 점화 열원으로 사용하여 알루미늄 입자가 점화되고 연소되어 이동하는 궤적을 확인하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제22권2호
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• pp.11-19
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• 2018

본 연구에서는 하이브리드 로켓용 파라핀/알루미늄 연료의 유변학적 특성 파악을 위한 점도 측정을 수행하였다. 혼합된 알루미늄 입자의 크기와 첨가량에 따른 유변학적 특성을 파악하기 위해 평균 입도 100 nm, $8{\mu}m$의 나노 및 마이크로 크기 알루미늄 입자첨가 시료를 제작하였으며, 회전형 레오미터를 사용해 점도를 측정하였다. 나노 및 마이크로 입자 함유비에 따른 증가율 패턴은 대단히 상이하였으며 입자의 함유비 10 wt%를 경계로 점도 증가율이 구분되었고, 나노입자 첨가 시 연료의 유입 후퇴율 감소에 따른 총 후퇴율의 저하를 예상할 수 있었다.

• 한국가스학회지
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• 제19권5호
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• pp.75-80
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• 2015

나노 및 마이크로 크기의 알루미늄(Al) 분진은 매우 높은 연소열을 가지고 있어서 로켓 추진체와 폭발물 등을 제조하는 원료로 많이 사용되고 있다. 본 연구에서는 서로 다른 크기의 입자경 (70 nm, 100 nm, $6{\mu}m$, $15{\mu}m$)을 가진 알루미늄 분진을 사용하여 열분해 위험성을 실험적으로 검토하였다. 이를 위해 열중량분석장치(TGA)를 사용하여 승온속도의 변화에 따른 열분해특성을 조사하고 입경이 다른 나노 및 마이크로 크기의 Al에서의 중량개시온도(Temperature of weight gain)로부터 발화온도를 추정하였다. 승온속도가 동일한 조건에서 Al분진의 중량개시온도는 입경이 증가할수록 또한 공기중 승온속도가 증가할수록 증가하는 경향을 나타냈다. 이러한 실험결과로부터 Al분진의 열분해 위험성은 분진 입자경의 증가와 함께 감소할 것으로 추정되었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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• pp.791-796
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• 2017

본 연구에서는 알루미늄 입자 크기에 따른 파라핀 혼합연료의 연소 특성에 관한 실험을 수행하였다. 평균 입도 100 nm 및 $8{\mu}m$ 크기의 알루미늄 입자와 Sasol사의 마이크로크리스탈린 파라핀 왁스(Sasol 0907)를 이용하여 연소실험을 수행하였고 순수 파라핀과 알루미늄 입자 5 wt%를 첨가한 파라핀 혼합연료의 후퇴율과 압력선도, 특성배기속도 등을 비교하였다. 마이크로 입자의 첨가는 산화제 유속이 증가할수록 후퇴율을 향상시켰으나 나노 입자의 첨가는 후퇴율이 감소하는 경향을 보였다.

• 한국추진공학회지
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• 제20권5호
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• pp.70-76
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• 2016

본 연구에서는 하이브리드 가스 발생기용 파라핀/알루미늄 왁스 연료의 기계적 특성 파악을 위한 인장 및 압축강도 실험을 수행하였다. 혼합된 알루미늄 입자의 크기와 첨가량에 따른 기계적 특성을 파악하기 위해 10 wt%, 20 wt%, 30 wt%의 나노 입자 첨가 시편과 5 wt%, 10 wt%, 15 wt%의 마이크로 입자 첨가 시편을 사용하였다. 평균입도 100 nm 및 $8{\mu}m$ 크기의 알루미늄 입자와 Sasol사의 미정질 파라핀 왁스(Sasol 0907)를 이용하였고, 인장시험과 압축 시험에 사용된 시편은 각각 ASTM-D638, ASTM D575-91 규격에 따라 제작하였다. 나노 입자의 첨가는 시편의 인장 및 압축강도를 크게 향상시키나 마이크로 입자의 첨가는 상대적으로 인장 및 압축강도의 증가에 미치는 영향이 미미한 것으로 파악되었다.

• Advances in materials Research
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• 제1권3호
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• pp.169-182
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• 2012

In this paper the intrinsic influence of micron-sized nickel particle reinforcements on microstructure, micro-hardness tensile properties and tensile fracture behavior of nano-alumina particle reinforced magnesium alloy AZ31 composite is presented and discussed. The unreinforced magnesium alloy (AZ31) and the reinforced nanocomposite counterpart (AZ31/1.5 vol.% $Al_2O_3$/1.5 vol.% Ni] were manufactured by solidification processing followed by hot extrusion. The elastic modulus and yield strength of the nickel particle-reinforced magnesium alloy nano-composite was higher than both the unreinforced magnesium alloy and the unreinforced magnesium alloy nanocomposite (AZ31/1.5 vol.% $Al_2O_3$). The ultimate tensile strength of the nickel particle reinforced composite was noticeably lower than both the unreinforced nano-composite and the monolithic alloy (AZ31). The ductility, quantified by elongation-to-failure, of the reinforced nanocomposite was noticeably higher than both the unreinforced nano-composite and the monolithic alloy. Tensile fracture behavior of this novel material was essentially normal to the far-field stress axis and revealed microscopic features reminiscent of the occurrence of locally ductile failure mechanisms at the fine microscopic level.

• 한국분말재료학회지
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• 제9권6호
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• pp.394-408
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• 2002

Nanostructured high strength metastable Al-, Mg- and Ti-based alloys containing different amorphous, quasicrystalline and nanocrystalline phases are synthesized by non-equilibrium processing techniques. Such alloys can be prepared by quenching from the melt or by powder metallurgy techniques. This paper focuses on one hand on mechanically alloyed and ball milled powders containing different volume fractions of amorphous or nano-(quasi)crystalline phases, consolidated bulk specimens and, on the other hand. on cast specimens containing different constituent phases with different length-scale. As one example. $Mg_{55}Y_{15}Cu_{30}$- based metallic glass matrix composites are produced by mechanical alloying of elemental powder mixtures containing up to 30 vol.% $Y_2O_3$ particles. The comparison with the particle-free metallic glass reveals that the nanosized second phase oxide particles do not significantly affect the glass-forming ability upon mechanical alloying despite some limited particle dissolution. A supercooled liquid region with an extension of about 50 K can be maintained in the presence of the oxides. The distinct viscosity decrease in the supercooled liquid regime allows to consolidate the powders into bulk samples by uniaxial hot pressing. The $Y_2O_3$ additions increase the mechanical strength of the composites compared to the $Mg_{55}Y_{15}Cu_{30}$ metallic glass. The second example deals with Al-Mn-Ce and Al-Cu-Fe composites with quasicrystalline particles as reinforcements, which are prepared by quenching from the melt and by powder metallurgy. $Al_{98-x}Mn_xCe_2$ (x =5,6,7) melt-spun ribbons containing a major quasicrystalline phase coexisting with an Al-matrix on a nanometer scale are pulverized by ball milling. The powders are consolidated by hot extrusion. Grain growth during consolidation causes the formation of a micrometer-scale microstructure. Mechanical alloying of $Al_{63}Cu_{25}Fe_{12}$ leads to single-phase quasicrystalline powders. which are blended with different volume fractions of pure Al-powder and hot extruded forming $Al_{100-x}$$(Al_{0.63}Cu_{0.25}Fe_{0.12})_x$ (x = 40,50,60,80) micrometer-scale composites. Compression test data reveal a high yield strength of ${\sigma}_y{\geq}$700 MPa and a ductility of ${\varepsilon}_{pl}{\geq}$5% for than the Al-Mn-Ce bulk samples. The strength level of the Al-Cu-Fe alloys is ${\sigma}_y{\leq}$550 MPa significantly lower. By the addition of different amounts of aluminum, the mechanical properties can be tuned to a wide range. Finally, a bulk metallic glass-forming Ti-Cu-Ni-Sn alloy with in situ formed composite microstructure prepared by both centrifugal and injection casting presents more than 6% plastic strain under compressive stress at room temperature. The in situ formed composite contains dendritic hcp Ti solid solution precipitates and a few $Ti_3Sn,\;{\beta}$-(Cu, Sn) grains dispersed in a glassy matrix. The composite micro- structure can avoid the development of the highly localized shear bands typical for the room temperature defor-mation of monolithic glasses. Instead, widely developed shear bands with evident protuberance are observed. resulting in significant yielding and homogeneous plastic deformation over the entire sample.