Woo, Kee Do;Kim, Sang Mi;Kim, Dong Gun;Kim, Dae Young;Kang, Dong Soo
Korean Journal of Materials Research
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제23권2호
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pp.135-142
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2013
The Ti-6Al-4V extra low interstitial (ELI) alloy has been widely used as an orthopedic implant material because of its excellent mechanical properties and biocompatibility. However, it still has many problems, including a high elastic modulus and toxicity of the Al and V elements. Therefore, non-toxic biomaterials with a low elastic modulus need to be developed. A high energy mechanical milling (HEMM) process is introduced to improve the effect of sintering. Rapid sintering of spark plasma sintering (SPS) under pressure was used to make an ultra fine grain of Ti-25 wt.%Nb-7 wt.%Zr-10 wt.%Mo-(10 wt.%CPP) composites with bio-attractive elements for increasing strength. These composites were fabricated by SPS at $1000^{\circ}C$ at 60 MPa using HEMM powders. During the sintering process, $CaTiO_3$, TixOy, and CaO were formed because of the reaction between Ti and CPP. The effects of CPP content on the physical and mechanical properties of the sintered Ti-Nb-Zr-Mo-CPP composites were investigated. The biocompatibility and corrosion resistance of the Ti-Nb-Zr-Mo alloys were improved by the addition of CPP.
The rapid development of smart textiles requires the large-scale fabrication of conductive fibers. In this study, we develop a simple, scalable and low-cost capillary-driven self-assembly method to prepare conductive fibers with uniform morphology, high conductivity and good mechanical strength. Fiber-shaped flexible and stretchable conductors are obtained by coating highly conductive and flexible silver nanowires (Ag NWs) on the surfaces of yarn and PDMS fibers through evaporation-induced flow and capillary-driven self-assembly, which is proven by the in situ optical microscopic observation. The density of Ag NWs and linear resistance of the conductive fibers could be regulated by tuning the assembly cycles. A linear resistance of $1.4{\Omega}/cm$ could be achieved for the Ag NWs-coated nylon, which increases only 8% after 200 bending cycle, demonstrating high flexibility and mechanical stability. The flexible and stretchable conductive fibers have great potential for the application in wearable devices.
Composites of ceramic powders and an elastomer-based matrix were prepared by mixing $CaCO_3$ powders with polyethylene and polypropylene elastomers, and their mechanical and sound insulation properties were measured. $CaCO_3$ powders with 0.7 ${\mu}m$ and 35 ${\mu}m$ particle size were added to elastomers up to 80 wt%. Scanning electron microscopy photographs showed uniform distribution of the $CaCO_3$ powders in the matrix. While density and surface hardness increased, melt index, tensile strength and elongation of the composites decreased as the amount of added $CaCO_3$ powders increased. As more $CaCO_3$ powders were added sound transmission loss of the composites increased owing to the increase of density. Addition of 0.7 ${\mu}m$ sized $CaCO_3$ powders resulted in a slightly higher transmission loss than the addition of 35 ${\mu}m$ sized powders because of the increased interface area between the elastomer matrix and the $CaCO_3$ powders. Composites with a polyethylene matrix showed higher transmission loss than those with a polypropylene matrix because the tensile strength and hardness of the polyethylene-based composites were low and their elongation was high.
Today, the modification of carbon foam for high performance remains a major issue in the environment and energy industries. One promising way to solve this problem is the optimization of the pore structure for desired properties as well as for efficient performance. In this study, using a sol-gel process followed by carbonization in an inert atmosphere, hollow spherical carbon foam was prepared using resorcinol and formaldehyde precursors catalyzed by 4-aminobenzoic acid; the effect of carbonization temperature and re-immersion treatment on the pore structure and characteristics of the hollow spherical carbon foam was investigated. As the carbonization temperature increased, the porosity and average pore diameter were found to decrease but the compression strength and electrical conductivity dramatically increased in the temperature range of this study ($700^{\circ}C$ to $850^{\circ}C$). The significant differences of X-ray diffraction patterns obtained from the carbon foams carbonized under different temperatures implied that the degree of crystallinity greatly affects the characteristics of the carbon form. Also, the number of re-impregnations of carbon form in the resorcinol-formaldehyde resin was varied from 1 to 10 times, followed by re-carbonization at $800^{\circ}C$ for 2 hours under argon gas flow. As the number of re-immersion treatments increased, the porosity decreased while the compression strength improved by about four times when re-impregnation was repeated 10 times. These results imply the possibility of customizing the characteristics of carbon foam by controlling the carbonization and re-immersion conditions.
Park, Sang Gyu;Kim, Min-Chul;Lee, Bong-Sang;Wee, Dang-Moon
Korean Journal of Metals and Materials
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제46권12호
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pp.771-779
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2008
An effective way of increasing the strength and fracture toughness of reactor pressure vessel steels is to change the material specification from that of Mn-Mo-Ni low alloy steel(SA508 Gr.3) to Ni-Mo-Cr low alloy steel(SA508 Gr.4N). In this study, we evaluate the effects of alloying elements on the microstructural characteristics of Ni-Mo-Cr low alloy steel. The changes in the stable phase of the SA508 Gr.4N low alloy steel with alloying elements were evaluated by means of a thermodynamic calculation conducted with the software ThermoCalc. The changes were then compared with the observed microstructural results. The calculation of Ni-Mo-Cr low alloy steels confirms that the ferrite formation temperature decreases as the Ni content increases because of the austenite stabilization effect. Consequently, in the microscopic observation, the lath martensitic structure becomes finer as the Ni content increases. However, Ni does not affect the carbide phases such as $M_{23}C_6 $ and $M_7C_3$. When the Cr content decreases, the carbide phases become unstable and carbide coarsening can be observed. With an increase in the Mo content, the $M_2C$ phase becomes stable instead of the $M_7C_3$ phase. This behavior is also observed in TEM. From the calculation results and the observation results of the microstructure, the thermodynamic calculation can be used to predict the precipitation behavior.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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한국콘크리트학회 2002년도 봄 학술발표회 논문집
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pp.551-556
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2002
High-performance concrete is defined as concrete that meets special combinations of performance and uniformity requirements that cannot always be achieved routinely using conventional constituents and normal mixing, placing, and curing practices. Ever since the term high-performance concrete was introduced into the industry, it had widely used in large-scale concrete construction that demands high-strength, high-flowability, and high-durability. To obtain such performances that cannot be obtained from conventional concrete and by the current method, a large number of trial mixes are required to select the desired combination of materials that meets special performance. In this paper, therefore, using genetic algorithm which is a global optimization technique modeled on biological evolutionary process-natural selection and natural genetics-and can be used to find a near optimal solution to a problem that may have many solutions, the new design method for high-performance concrete mixtures is suggested to reduce the number of trial mixtures with desired properties in the field test. Experimental and analytic investigations were carried out to develop the design method for high-performance concrete mixtures and to verify the proposed mix design.
The connecting rod is one of the most important parts in automotive engines, transforming the reciprocal motion of a piston generated by internal combustion into the rotational motion of a crankshaft. Recent advances in high performance automobile engines demand corresponding technological breakthroughs in the materials for engine parts. In the present research, the powder metallurgy (P/M) process was used to replace conventional quenching and/or tempering processes for mass production and ultimately for more cost-efficient manufacturing of high strength connecting rods. The development of P/M alloy powder was undertaken not only to achieve the improvement in mechanical properties, but also to enhance the machinability of the P/M processed connecting rods. Specifically $MoS_2$ powders were added as lubricants to non-normalizing Fe-Cr-Mn-V-C alloy powder to improve the post-sintering machinability. The effects of $MoS_2$ addition on the microstructure, mechanical properties, and machining characteristics were investigated.
Recently, 5000 series and 6000 series Al alloys have been used as hull materials for small and medium-sized ships because of their excellent weldability, corrosion resistance, and durability in marine environments. Al ships can navigate at high speed due to their light weight. However, cavitation-erosion problems cause reducing durability of Al ship at high speed. In this investigation, 5052-O, 5083-H321, and 6061-T6 Al alloy materials were used to evaluate the damage characteristics with amplitude (cavitation strength). As a result of the electrochemical experiments, the corrosion current density and corrosion potential of 6061-T6 in seawater were 8.52 × 10-7 A/㎠ and -0.771 V, respectively, presenting the best corrosion resistance. The cavitation-erosion experiment showed that 5052-O had the lowest hardness value and cavitation-erosion resistance. 5052-O also had a very short incubation period. As the experiment progressed for 5052-O, pitting formed and grew in a short time, and was observed as severe cavitation-erosion damage that eliminated in large quantities. Among the three specimens, 5083-H321 presented the highest hardness value and the damage rate was the smallest after the initiation of pitting.
Microstructure plays an important role in controlling the fracture behaviour of carbon-carbon composites and hence their mechanical properties. In the present study effort was made to understand how the different interfaces (fiber/matrix interactions) influence the development of microstructure of the matrix as well as that of carbon fibers as the heat treatment temperature of the carbon-carbon composites is raised. Three different grades of PAN based carbon fibres were selected to offer different surface characteristics. It is observed that in case of high-strength carbon fiber based carbon-carbon composites, not only the matrix microstructure is different but the texture of carbon fiber changes from isotropic to anisotropic after HTT to $2600^{\circ}C$. However, in case of intermediate and high modulus carbon fiber based carbon-carbon composites, the carbon fiber texture remains nearly isotropic at $2600^{\circ}C$ because of relatively weak fiber-matrix interactions.
The dental orthodontic bracket requires good mechanical properties, such as elastic strength and frictional resistance, combined with a high resistance to corrosion. The objective of this study was to investigate the effects of TiN and ZrN coating on corrosion resistance of orthodontic brackets using various electrochemical methods. Brackets manufactured by Ormco Co. were used, respectively, for experiment. Ion plating was carried out for coatings of bracket using Ti and Zr coating materials with nitrogen gas. Ion plated surface of each specimen was observed with field emission scanning electron microscopy(FE-SEM), energy dispersive Xray spectroscopy(EDS) and electrochemical tester. The corrosion potential of the TiN and ZrN coated bracket was comparatively high. The current density of TiN and ZrN coated bracket was smaller than that of non-coated bracket in 0.9% NaCl solution. Pit nucleated at angle of bracket slot.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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