Park, Jong-Gon;Lee, Jong-Kook;Seo, Dong-Seok;Kim, Min-Jeong;Lee, Eun-Gu;Kim, Hwan
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.36
no.12
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pp.1356-1363
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1999
Self-reinforced silicon carbide was prepared by hot pressing and the control of starting phases of raw materials and its microstructural characteristics was investigated. The specimens with self-reinforced microstructure were obtained from the compacts with mixed compositions of ${\alpha}$-and ${\beta}$-SiC powders. Self-reinforced microstructure which is composed of large dispersed grains with rod-like shape and matrix with small equiaxed grains was formed by the transformation to the ${\alpha}$-SiC with 4H polytype for ${\beta}$-SiC and anisotropic grain growth during the heat treatment. Of all speimens the values of volume fraction maximum length and aspect ratio for large grains with rode-like types were the highest at the specimen with 50 vol% ${\beta}$-SiC in the starting SiC powder and therefore this specimen showed the highest fracture toughness due to the crack deflection by rod-like grains during crack propagation.
A porous reaction bonded silicon carbide (RBSC) was fabricated by a molten Si infiltration method. The porosity and flexural strength of porous RBSC fabricated in this study were dependent upon the amount of carbon source used in the SiC/carbon preform as well as the amount of Si infiltrated into the SiC/carbon preform. The porosity and flexural strength of porous RBSC were in the range of $20 vo1.{\sim}49 vo1.%$ and $38{\sim}61 MPa$, respectively. With increase of carbon contents and molten Si for infiltration, volume fraction of the pores was gradually decreased, and flexural strength was increased. The porous RBSCs fabricated with the same amount of molten Si show less residual Si around neck with increase of carbon source, as well as a new SiC was formed around neck which resulted in the decreased porosity and improvement of the flexural strength. In addition, decrease of the porosity and increase of the flexural strength were also obtained by increase of the amount of molten Si with the same amount of carbon source. However, it was found that the flexural strength of porous RBSC depends on the porosity rather than the amount of the newly formed SiC in neck phase between SiC particles used as a starting material.
In this paper, a novel semi-energy finite strip method (FSM) is developed based on the concept of first order shear deformation theory (FSDT) in order to attempt the post-buckling solution for thin and relatively thick functionally graded (FG) plates under uniform end-shortening. In order to study the effects of through-the-thickness shear stresses on the post-buckling behavior of FG plates, two previously developed finite strip methods, i.e., semi-energy FSM based on the concept of classical laminated plate theory (CLPT) and a CLPT full-energy FSM, are also implemented. Moreover, the effects of aspect ratio on initial post-buckling stiffness of FG rectangular plates are studied. It has been shown that the variation of the ratio of initial post-buckling stiffness to pre-buckling stiffness ($S^*/S$) with respect to aspects ratios is quite independent of volume fractions of constituents in thin FG plates. It has also been seen that the universal curve representing the variation of ($S^*/S$) with aspect ratio of a FG plate demonstrate a saw shape curve. Moreover, it is revealed that for the thin FG plates in contrast to relatively thick plates, the variations of non-dimensional load versus end-shortening is independent of ceramic-metal volume fraction index. This means that the post-buckling behavior of thin FG plates and the thin pure isotropic plates is similar. The results are discussed in detail and compared with those obtained from finite element method (FEM) of analysis. The study of the results may have a great influence in design of FG plates encountering post-buckling behavior.
The present work is an attempt to develop a simple and accurate finite element formulation for the assessment of thermal shock/thermally induced vibrations in pretwisted and tapered functionally graded material thin (FGM) blades obtained from Voigt and local representative volume elements (LRVE) homogenization models, based on neutral surface approach. The neutral surface of the FGM blade does not coincide with its mid-surface. A finite element model (FEM) is developed using first-order shear deformation theory (FSDT) and the FGM turbine blade is modelled according to the shallow shell theory. The top and the bottom layers of the FGM blade are made of pure ceramic and pure metal, respectively and temperature-dependent material properties are functionally graded in the thickness direction, the position of the neutral surface also depends on the temperature. The material properties are estimated according to two different homogenization models viz., Voigt or LRVE. The top layer of the FGM blade is subjected to high temperature and the bottom surface is either thermally insulated or kept at room temperature. The solution of the nonlinear profile of the temperature in the thickness direction is obtained from the Fourier law of heat conduction in the unsteady state. The results obtained from the present FEM are compared with the benchmark examples. Next, the effect of angle of twist, intensity of thermal shock, variable chord and span and volume fraction index on the transient response due to thermal shock obtained from the two homogenization models viz., Voigt and LRVE scheme is investigated. It is shown that there can be a significant difference in the transient response calculated by the two homogenization models for a particular set of material and geometric parameters.
The present research investigates the thermodynamically bending behavior of FG sandwich plates, laying on the Winkler/Pasternak/Kerr foundation with various boundary conditions, subjected to harmonic thermal load varying through thickness. The supposed FG sandwich plate has three layers with a ceramic core. The constituents' volume fractions of the lower and upper faces vary gradually in the direction of the FG sandwich plate thickness. This variation is performed according to various models: a Power law, Trigonometric, Viola-Tornabene, and the Exponential model, while the core is constantly homogeneous. The displacement field considered in the current work contains integral terms and fewer unknowns than other theories in the literature. The corresponding equations of motion are derived based on Hamilton's principle. The impact of the distribution model, scheme, aspect ratio, side-to-thickness ratio, boundary conditions, and elastic foundations on thermodynamic bending are examined in this study. The deflections obtained for the sandwich plate without elastic foundations have the lowest values for all boundary conditions. In addition, the minimum deflection values are obtained for the exponential volume fraction law model. The sandwich plate's non-dimensional deflection increases as the aspect ratio increases for all distribution models.
The purpose of this study investigated the effect of Au coating on adhesion between porcelain matrix and metal substructure interface. Titanium, Ni-Cr alloy and Co-Cr alloy are well known as proper metal for the dental restorations. The success of a porcelain fused to metal (PFM) restoration depends upon the quality of the porcelain-metal bond. However, adhesion between dental alloys and porcelain is related to diffusion of oxygen during ceramic firing. The excessive oxidized layers make hard adhesion between dental alloy and ceramic. Ni-Cr and Co-Cr specimens were divided into test and a control group and Titanium specimens were divided into three test groups and a control group. Each group had 20 specimens. The adhesion characteristics of porcelain and metal with Au coating layer and without Au coating layer were observed with scanning electron microscopy(SEM). The adhesion was evaluated by a biaxial flexure test and volume fraction of adherent porcelain was determined by SEM/EDS analysis. Result of this study suggest that Au coating layer is effective barrier to diffuse oxide layer completely protect non-precious alloys from oxidation during the porcelain firing. The SEM photomicrographs of cross-section specimens showed a smooth interface between Au coating layer and metals and porcelain which suggested proper chemical bonding, and no gap, porosity were observed. The mode of failure was mainly adhesive for Ti tested specimens, but mixed failures with adhesive and cohesive were observed in Ni-Cr and Co-Cr specimens. The adhesion between non-precious metals and porcelain would not be improved by Au coating agent. However, It is suggested that the continuous study is required further investigation and development.
This study was carried out to investigate the effect of milling of boron (B), which is one of raw materials of $MgB_2$, on the critical current density ($J_c$) of $MgB_2$. B powder used in this study is semi-amorphous B (Pavezyum, Turkey, 97% purity, 1 micron). The size of B powder was reduced by planetary milling using $ZrO_2$ balls (a diameter of 2 mm). The B powder and balls with a ratio of 1:20 were charged in a ceramic jar and then the jar was filled with toluene. The milling time was varied from 0 to 8 h. The milled B powders were mixed with Mg powder in the composition of (Mg+2B), and the powder mixtures were uniaxially pressed at 3 tons. The powder compacts were heat-treated at $700^{\circ}C$ for 1 h in flowing argon gas. Powder X-ray diffraction and FWHM (Full width at half maximum) were used to analyze the phase formation and crystallinity of $MgB_2$. The superconducting transition temperature ($T_c$) and $J_c$ of $MgB_2$ were measured using a magnetic property measurement system (MPMS). It was found that $B_2O_3$ was formed by B milling and the subsequent drying process, and the volume fraction of $B_2O_3$ increased as milling time increased. The $T_c$ of $MgB_2$ decreased with increasing milling time, which was explained in terms of the decreased volume fraction of $MgB_2$, the line broadening of $MgB_2$ peaks and the formation of $B_2O_3$. The $J_c$ at 5 K increased with increasing milling time. The $J_c$ increase is more remarkable at the magnetic field higher than 3 T. The $J_c$ at 5 K and 4 T was the highest as $4.37{\times}10^4A/cm^2$ when milling time was 2 h. The $J_c$ at 20 K also increased with increasing milling time. However, The $J_c$ of the samples with the prolonged milling for 6 and 8 h were lower than that of the non-milled sample.
Yuseon Lee;Yunseok Kim;Seulwon Choi;Seongmin Han;Kyoungho Lee
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.30
no.4
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pp.79-85
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2023
A novel low-temperature co-fired ceramic (LTCC) dielectric, composed of (1-4x)Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7-3xBi2Zn2/3Nb4/3O7-2xLiZnNbO4 (x=0.03-0.21), was synthesized through reactive liquid phase sintering of Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7-xLi2CO3 ceramic at temperatures ranging from 850℃ to 920℃ for 4 hours. During sintering, Li2CO3 reacted with Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7, resulting in the formation of Bi2Zn2/3Nb4/3O7, and LiZnNbO4. The resulting sintered body exhibited a relative sintering density exceeding 96% of the theoretical density. By altering the initial Li2CO3 content (x) and consequently modulating the volume fraction of Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7, Bi2Zn2/3Nb4/3O7, and LiZnNbO4 in the final sintered body, a sample with high dielectric constant (εr), low dielectric loss (tan δ), and the temperature coefficient of dielectric constant (TCε) characterized by NP0 specification (TCε ≤ ±30 ppm/℃) was achieved. As the Li2CO3 content increased from x=0.03 mol to x=0.15 mol, the volume fraction of Bi2Zn2/3Nb4/3O7 and LiZnNbO4 in the composite increased, while the volume fraction of Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7 decreased. Consequently, the dielectric constant (εr) of the composite materials varied from 148.38 to 126.99, the dielectric loss (tan δ) shifted from 5.29×10-4 to 3.31×10-4, and the temperature coefficient of dielectric constant (TCε) transitioned from -340.35 ppm/℃ to 299.67 ppm/℃. A dielectric exhibiting NP0 characteristics was achieved at x=0.09 for Li2CO3, with a dielectric constant (εr) of 143.06, a dielectric loss (tan δ) value of 4.31×10-4, and a temperature coefficient of dielectric constant (TCε) value of -9.98 ppm/℃. Chemical compatibility experiment with Ag electrode revealed that the developed composite material exhibited no reactivity with the Ag electrode during the co-firing process.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.7
no.5
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pp.47-60
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2007
In this paper, we investigate the natural frequencies and buckling loads of functionally graded material (FGM) plates and shells, using a quasi-conforming shell element that accounts for the transverse shear strains and rotary inertia. The eigenvalue of the FGM plates and shells are calculated by varying the volume fraction of the ceramic and metallic constituents using a sigmoid function, but their Poisson's ratios of the FGM plates and shells are assumed to be constant. The expressions of the membrane, bending and shear stiffness of FGM shell element are more complicated combination of material properties than a homogeneous element. In order to validate the finite element numerical solutions, the Navier's solutions of rectangular plates based on the first-order shear deformation theory are presented. The present numerical solutions of composite and sigmoid FGM (S-FGM) plates are proved by the Navier's solutionsand various examples of composite and FGM structures are presented. The present results are in good agreement with the Navier's theoretical solutions.
The $UO_2$ pellets are usually sintered under hydrogen gas atmosphere. Hydrogen gas may cause unexpected early failure of the refractory bricks in the sintering furnace. In this work, nitrogen was mixed with hydrogen to investigate the effect of nitrogen gas on a failure machanism of the refractory bricks and on the microstructure of the $UO_2$ pellet. The hydrogen-nitrogen mixed gas experiments show that the larger nitrogen the mixed gas contains, the less the refractory materials are reduced by hydrogen. The weight loss measurements at $1400^{\circ}C$ for fire clay and chamotte refractories containing high content of $SiO_2$ indicate that the weight loss rate for the mixed gas is about half of that for the hydrogen gas. Based on the thermochemical analyses, it is proposed that the weight loss is caused by hydrogen-induced reduction of free $SiO_2$ and/or $SiO_2$ bonded to $Al_2O_3$ in the fire clay and chamotte refractories. However, the retardation of the hydrogen-induced $SiO_2$ reduction rate under the mixed gas atmosphere may be due to the reduction of the surface reaction rate between hydrogen gas and refractory materials in proportion to volume fraction of nitrogen gas in the mixed gas. On the other hand, the mixed gas experiments show that the test data for $UO_2$ pellet still meet the related specification values, even if there exists a slight difference in the pellet microstructural parameters between the cases of the mixed gas and the hydrogen gas.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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