Park, Hyun-Myung;Jun, Soo-Hyk;Lyu, Guanlin;Jung, Yeon-Gil;Yan, Byung-Il;Park, Kwang-Yong
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.55
no.6
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pp.608-617
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2018
The effects of the purity and monoclinic phase of feedstock powder on the thermal durability of thermal barrier coatings (TBC) were investigated through cyclic thermal exposure. Bond and top coats were deposited by high velocity oxygen fuel method using Ni-Co based feedstock powder and air plasma spray method using three kinds of yttria-stabilized zirconia with different purity and monoclinic phase content, respectively. Furnace cyclic thermal fatigue test was performed to investigate the thermal fatigue behavior and thermal durability of TBCs. TBCs with high purity powder showed better sintering resistance and less thickness in the thermally grown oxide layer. The thermal durability was found to strongly depend on the content of monoclinic phase and the porosity in the top coat; the best thermal fatigue behavior and thermal durability were in the TBC prepared with high purity powder without monoclinic phase.
According to the properties of monoclinic materials, the normal and shear stresses are depending on both normal and shear strains. In the current investigation, the static analysis of monoclinic plates based on three dimensional elasticity theory is investigated. New governing equations and boundary conditions are derived for monoclinic plates and the Differential Quadrature Method (DQM) is used to solve the static problem. In our method of solution, no approximation is used and the DQM is adopted in all directions. By showing the differences between our results and the results for especially orthotropic plates, one can find that it is worth to investigate the monoclinic plates to have more accurate results.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.32
no.5
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pp.205-211
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2022
The Granule Spray in Vacuum (GSV) process is a method of forming a dense nanostructured ceramic coating film by spraying ceramic granules on a substrate at room temperature in a vacuum. In the Granule Spray, the granules made by agglomerating particles with the size from submicrometer to micrometer can be sprayed into the substrate. Once the granules were squashed upon collision with the substrate, they become several dozens of nanometer-sized crystals in vacuum process. The zirconia of the monoclinic phase transform into tetragonal phase at 1150℃. At this time, its volume is changed by about 6.5 %. For this reason, it is widely held that it is difficult to acquire a compact of monoclinic zirconia sinter. In this study, the effect of particle treatment temperature and standoff distance on the substrate of zirconia granules were investigated in GSV. Also, particle treatment temperature, standoff distance, coating efficiency, and microstructure of the film were considered in forming the monoclinic zirconia coating film in GSV without any heating process. The deposited films exhibited monoclinic zirconia phase without any other detectable phase by X-ray diffractometer (XRD).
Low temperature degradation behavior in yttria stabilized tetragonal zirconia polycrystal (Y-TZP) ceramics was microscopically observed from the phase contrast between monoclinic surface and tetragonal matrix. The degradation behavior was dependent on the surface treatment of sintered Y-TZP, even if the sintering history is same. In the mirror polished specimen, the monoclinic layer appeared in a uniform thickness from the surface. On the contrary, for the specimen with coarse scratch, the thickness of degraded surface was more than double especially from the coarse scratch. Since the scratch results in local deformation, the residual stress should be induced around the scratch. With the transformation from tetragonal to monoclinic, the volume expansion exerts a stress on a neighboring grains and promotes a successive phase transformation. Such a autocatalytic effect can be triggered from the part of coarse scratch.
Y-TZP(Yttria-stabilized Tetragonal Zirconia Polycrystal) ceramics are of great interest as engineering and structural materials due to their excellent mechanical properties arising from transformation toughening, it is also reported that the 3Y-TZP($3 mol\%$ Yttria-stabilized Tetragonal Zirconia Polycrystal) has the best mechanical properties in Y-TZP ceramics. But to use widely for engineering and structural materials, it remains an important challenge to be able to improve its fracture toughness. In order to produce the 3Y- TZP ceramics showing much better mechanical properties, milling method adding monoclinic zirconia to 3Y-TZP was adopted and the resultant mechanical properties containing apparent density and fracture toughness were measured by using proper techniques. Experimental results showed that the 3Y-TZP specimen containing $33 wt\%$ of monoclinic zirconia, which was sintered at $1450^{\circ}C$, has the highest fracture toughness value of $11.38 MPa{\cdot}m^{1/2}$ which is three times higher than that of normal 3Y-TZP ceramics.
The purpose of this paper was to investigate the effect of a high-energy milling (HEM) process on the particle morphology and the correlation between a thermal treatment and tetragonal/monoclinic nanostructured zirconia powders obtained by a precipitation process. To eliminate chloride residue ions from hydrous zirconia, a modified washing method was used. It was found that the used washing method was effective in removing the chloride from the precipitated gel. In order to investigate the effect of a pre-milling process on the particle morphology of the precipitate, dried $Zr(OH)_4$ was milled using a HEM machine with distilled water. The particle size of the $Zr(OH)_4$ powder exposed to HEM reduced to 100~150 nm, whereas that of fresh $Zr(OH)_4$ powder without a pre-milling process had a large and irregular size of 100 nm~1.5 ${\mu}m$. Additionally, modified heat treatment process was proposed to achieve nano-sized zirconia having a pure monoclinic phase. It was evident that two-step calcining process was effective in perfectly eliminating the tetragonal phase, having a small average particle of ~100 nm with good uniformity compared to the sample calcined by a single-step process, showing a large average particle size of ~300 nm with an irregular particle shape and a broad particle size distribution. The modified method is considered to be a promising process for nano-sized zirconia having a fully monoclinic phase.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2003.11a
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pp.215-215
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2003
현재 이용되고 있는 위상 변위 마스크, 즉 Cr 계열의 마스크나 MoSiON 마스크는 DUV지역에서 낮은 굴절률을 갖는다. 그 겯과 마스크의 두께가 90 nm 이상이 되고, 웨이퍼에서 패턴 형성 시 에러율이 증가하게 된다. 본 연구에서는 DUV 지역에서 굴절률이 높을 것이라고 예상되는 Zr과 Hf의 oxide를 위상 변위 마스크 물질의 선정하고 각 물질의 전자 상태와 천이 상태를 분석하여 위상변위 마스크로써의 이용가능성을 연구하자 한다. 상온에서 Zr, Hf oxide의 안정한 구조는 cubic 구조와 monoclinic 구조이다. 현재 cubic 구조의 Zr, Hf oxide에 대한 전자 상태는 연구가 많이 되어 있는 반면 monoclinic 구조에서의 전자상태 연구는 미흡하다. 본 연구에서는 monoclinic 구조를 이용하여 Zr, Hf oxide의 클러스터 모델을 제작하였다. 제작된 클러스터 모델에 대하여 DV-X$\alpha$ 계산법을 적용, 기저상태의 전자상태를 계산하였다. 그리고 각 모델에서 Zr L-edge, Hf L-edge 그리고 O K-edge의 천이상태를 연구하여, 기저 상태의 전자상태와 천이상태를 연구하여 광학 성질과의 연관성을 연구하고자 하였다.
Kim, Sang-Mun;Lee, Jae-Yong;Mun, Choo-Yeun;Lee, Hean-Soo
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.48
no.6
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pp.630-635
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2011
Bismuth vanadate($BiVO_4$) with monoclinic phase as photocatalyst under visible light is synthesized by precipitation reaction in hot water. Properties such as crystal phase, particle morphology and visual light absorbance as well as the effects of thermal treatment for $BiVO_4$ powders are investigated. $BiVO_4$ powders with both single monoclinic phase and 0.2 ${\mu}m$ in particle size are synthesized when precipitate is stirred in water for 5 h at 95$^{\circ}C$. Well-developed monoclinic phase and light absorption property under 535 nm are observed as a result of thermal treatment for 1 h at 300$^{\circ}C$ after precipitation reaction in water for 5 h at 95$^{\circ}C$. Degradation of monoclinic crystal is found in firing above 350$^{\circ}C$, and particle growth is occurred in firing above 550$^{\circ}C$.
Subasi, Meryem Gulce;Demir, Necla;Kara, Ozlem;Ozturk, A. Nilgun;Ozel, Faruk
The Journal of Advanced Prosthodontics
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v.6
no.6
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pp.462-467
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2014
PURPOSE. This study investigated the influence of surface conditioning procedures and repeated firings on monoclinic content and strength of zirconia before cementation. MATERIALS AND METHODS. Sintered bar-shaped zirconia specimens were subjected to no surface treatment (control), air abrasion, or grinding (n=21). Their roughness was evaluated using a profilometer, and microscope analysis was performed on one specimen of each group. Then, 2 or 10 repeated firings (n=10) were executed, the monoclinic content of specimens was analyzed by X-ray diffraction, and a three-point flexural strength test was performed. Surface roughness values were compared using one-way analysis of variance (ANOVA) and Tukey honestly significant difference (HSD) tests, the monoclinic content values were tested using Kruskal-Wallis and Mann-Whitney U tests, and the flexural strength values were tested using two-way ANOVA and Tukey HSD tests (P=.05). Spearman's correlation test was performed to define relationships among measured parameters. RESULTS. Surface-treated specimens were rougher than untreated specimens and had a higher monoclinic content (P<.005), and the relationship between roughness and monoclinic content was significant (P<.000). Neither surface treatment nor firing significantly affected the flexural strength, but Weibull analysis showed that for the air-abraded samples the characteristic strength was significantly lower after the $10^{th}$ firing than after the $2^{nd}$ firing. CONCLUSION. After firing, a negligible amount of monoclinic content remained on the zirconia surfaces, and rougher surfaces had higher monoclinic contents than untreated surfaces. Multiple firings could be performed if necessary, but the fracture probability could increase after multiple firings for rougher surfaces.
We used in-situ synchrotron X-ray scattering to investigate phase transformations of octahedral tilted monoclinic $SrRuO_3$ (MSRO) and tetragonal SRO (TSRO) thin films on $SrTiO_3$ (STO) substrates. The octahedral tilted MSRO thin films were highly crystalline and the monoclinic distortion angle was $0.45^{\circ}$. The phase transition temperature from the MSRO to TSRO phase occurred at approximately $200^{\circ}C$ as a second order transition. Conversely, no phase transformations of the TSRO thin film occurred within the range from RT to $250^{\circ}C$. The octahedral $RuO_6$ rotation was strongly affected by the phase transformation in the SRO thin films.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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