The bi-materials with Al-Mg alloy and its composites reinforced with SiC and $Al_2O_3$ particles were prepared by conventional powder metallurgy method. The A1-5 wt%Mg and composite mixtures were compacted under $150{\sim}450\;MPa$, and then the mixtures compacted under 400 MPa were sintered at $773{\sim}1173K$ for 5h. The obtained bi-materials with Al-Mg/SiCp composite showed the higher relative density than those with $Al-Mg/Al_2O_3$ composite after compaction and sintering. Based on the results, the bi-materials compacted under 400 MPa and sintered at 873K for 5h were used for mechanical tests. In the composite side of bi-materials, the SiC particles were densely distributed compared to the $Al_2O_3$ particles. The bi-materials with Al-Mg/SiC composite showed the higher micro-hardness than those with $Al-Mg/Al_2O_3$ composite. The mechanical properties were evaluated by the compressive test. The bi-materials revealed almost the same value of 0.2% proof stress with Al-Mg alloy. Their compressive strength was lower than that of Al-Mg alloy. Moreover, impact absorbed energy of bi-materials was smaller than that of composite. However, the bi-materials with Al-Mg/SiCp composite particularly showed almost similar impact absorbed energy to $Al-Mg/Al_2O_3$ composite. From the observation of microstructure, it was deduced that the bi-materials was preferentially fractured through micro-interface between matrix and composite in the vicinity of macro-interface.
Hexagonal barium-ferrite ($BaFe_{12}O_{19}$, magnetoplumbite structure; BaM) film with perpendicularly c-axis orientation was successfully deposited on (100) silicon substrates with an MgO (111) underlayer by rf diode sputtering and in-situ heating at $920^{\circ}C$. The magnetic and structural properties of 0.27 ${\mu}m$ thick BaM films on MgO (111) underlayers were compared to films of the same thickness deposited onto single-crystal MgO (111) and c-plane ($000{\ell}$) sapphire ($Al_2O_3$) substrates by vibrating sample magnetometry (VSM), x-ray diffractometer (XRD), and atomic force microscopy (AFM). The thickness dependence of MgO (111) underlayers on silicon wafer was found to have a large effect on both magnetic and structural properties of the BaM film. The thickness of 15 nm MgO (111) underlayers produced BaM films with almost identical magnetic and structural properties as the single-crystal substrates; this can be explained by the lower surface roughness for thinner underlayer thicknesses. The magnetization saturation ($M_s$) and the ratio $H_{cII}/H_{c{\bot}}$ for the BaM film with a 15 nm MgO (111) underlayer is 217 emu/cc and 0.24, respectively. This is similar to the results for the BaM films deposited on the single-crystal MgO (111) and sapphire substrates of 197 emu/cc and 0.10, 200 emu/cc and 0.12, respectively. Therefore, the proposed MgO (111) underlayer can be used in many applications to promote c-axis orientation without the cost of expensive substrates.
Kim, Dong-Gun;Woo, Kee-Do;Kang, Dong-Soo;Lee, Tack
Korean Journal of Materials Research
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v.24
no.2
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pp.111-115
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2014
Titanium and its alloys are useful for implant materials. In this study, porous Ti-Nb-Zr biomaterials were successfully synthesized by powder metallurgy using a $NH_4HCO_3$ as space holder and $TiH_2$ as foaming agent. Consolidation of powder was accomplished by spark plasma sintering process(SPS) at $850^{\circ}C$ under 30 MPa condition. The effect of high energy milling time on pore size and distribution in Ti-Nb-Zr alloys with space holder($NH_4HCO_3$) was investigated by optical microscope(OM), scanning electron microscope(SEM) & energy dispersive spectroscopy(EDS) and X-ray diffraction(XRD). Microstructure observation revealed that, a lot of pores were uniformly distributed in the Ti-Nb-Zr alloys as size of about $30-100{\mu}m$ using mixed powder and milled powders. In addition, the pore ratio was found to be about 5-20% by image analysis, using an image analyzer(Image Pro Plus). Furthermore, the physical properties of specimens were improved with increasing milling time as results of hardness, relative density, compressive strength and Young's modulus. Particularly Young's modulus of the sintered alloy using 4h milled powder reached 52 GPa which is similar to bone elastic modulus.
A typical ferritic/martensitic (F/M) steel sheet was subjected to pulsed laser surface remelting (LSR) and corrosion test in lead-bismuth eutectic (LBE) at 550 ℃. There present two modification zones with distinct microstructures in the LSRed specimen: (1) remelted zone (RZ) consisting of both bulk δ-ferrite grains and martensitic plates and (2) heat-affected zone (HAZ) below the RZ, mainly composed of martensitic plates and high-density precipitates. Martensitic transformation occurs in both the RZ and the HAZ with the Kurdjumov-Sachs and Nishiyama-Wassermann orientation relationships followed concurrently, resulting in scattered orientations and specific misorientation characteristics. Hardnesses of the RZ and the HAZ are 364 ± 7 HV and 451 ± 15 HV, respectively, considerably higher than that of the matrix (267 ± 3 HV). In oxygen-saturated and oxygen-depleted LBE, thicknesses of oxide layers developed on both the as-received and the LSRed specimens increase with prolonging corrosion time (oxide layers always thinner under the oxygen-depleted condition). The corrosion resistance of the LSRed F/M steel in oxygen-saturated LBE is improved, which can be attributed to the grain-refinement accelerated formation of dense Fe-Cr spinel. In oxygen-depleted LBE, the growth of oxide layers is very low with both types of specimens showing similar corrosion resistance.
We have prepared magnetic thin films of FeSiB by sputtering and examined microstructure and magnetic properties of the annealed films in order to investigate the feasibility of the films to microsensor application. Effects of vacuum annealing on the magnetic properties of $Fe_{84}$$Si_{6}$$B_{10}$ films have been examined as a function of temperature. The heating rate and the holding time were 10 K/min and 1 hour, respectively. Vacuum condition was held during cooling to prevent oxidation of the films. The coercivity did not show any noticeable change (~1500 A/m), although the grain size of the crystalline phase in the annealed films increased gradually up to about 16 nm until 673 K. However, both the grain size and the coercivity increased steeply when the annealing temperature increased over 723 K. Since the saturation magnetization is closely related to the phase evolution, the variation of the saturation magnetization of the annealed films was similar to that of the ribbon materials; the thin films were transformed from amorphous to crystalline with $\alpha$-(Fe,Si) phase by increasing annealing temperature.
High purity Si-C (99.999%) powder prepared by mechanical alloying was added to a commercial SiC powder as a sintering additive. Reaction bonded silicon carbide balls and jars with high purity (99.98%) were used for the mechanical alloying. As a result, the purity of the sintered Si-C was higher than 99.99%. When sintered at $2200^{\circ}C$ under 50 MPa pressure for 1 h, SiC containing 10 wt% of high purity Si-C showed a relative density of 95.3%, similar to the relative density of commercial SiC (95%). However, the relative density of SiC decreased to 90.6% without the additive when the applied pressure decreased to 40 MPa. In contrast, the relative density was nearly unaffected by the decrease of the pressure when using the Si-C additive. Therefore, the addition of Si-C powder promoted the densification of SiC above $2000^{\circ}C$ under 40 MPa pressure.
Glass-ceramics were developed many years ago and have been applied in many fields such as electronics, chemistry, optics, etc. Much is already known about glass-ceramic technology, but many challenges in glass-ceramic research are still unresolved. Recently, large amounts of slag have steadily increased in the steel industry as by-products. To promote recycling of industrial waste, including steel industry slags, many studies have been performed on the fabrication of basalt-based high-strength glass-ceramics. In this study, we have fabricated such ceramics using various slags to replace high performance cast-basalt, which is currently imported. Glass-ceramic material was prepared in similar chemical compositions with commercial cast-basalt through a pyro process using slags and power plant by-product (Fe-Ni slag, converter slag, dephosphorization slag, Fly ash). The properties of the glass-ceramic material were characterized using DTA, XRD, and FE-SEM; measurements of compressive strength, Vicker's hardness, and abrasion were carefully performed. It is found that the prepared glass-ceramic material showed better performance than that of commercial cast-basalt.
A porous nickel-tin nano-dendritic electrode, for use as the anode in a rechargeable lithium battery, has been prepared by using an electrochemical deposition process. The adjustment of the complexing agent content in the deposition bath enabled the nickel-tin alloys to have specific stoichiometries while the amount of acid, as a dynamic template for micro-porous structure, was limited to a certain amount to prevent its undesirable side reaction with the complexing agent. The ratios of nickel to tin in the electro-deposits were nearly identical to the ratios of nickel ion to tin ion in the deposition bath; the particle changed from spherical to dendritic shape according to the tin content in the deposits. The nickel to tin ratio and the dendritic structure were quite uniform throughout the thickness of the deposits. The resulting nickel-tin alloy was reversibly lithiated and delithiated as an anode in rechargeable lithium battery. Furthermore, the resulting anode showed much more stable cycling performance up to 50 cycles, as compared to that resulting from dense electro-deposit with the same atomic composition and from tin electrodeposit with a similar porous structure. From the results, it is expected that highly-porous nickel-tin alloys presented in this work could provide a promising option for the high performance anode materials for rechargeable lithium batteries.
Nitrogen (N)-doped protein-based carbon as platinum (Pt) catalyst supports from tofu for oxygen reduction reactions are synthesized using a carbonization and reduction method. We successfully prepare 5 wt% Pt@N-doped protein-based carbon, 10 wt% Pt@N-doped protein-based carbon, and 20 wt% Pt@N-doped protein-based carbon. The morphology and structure of the samples are characterized by field emission scanning electron microscopy and transmission electron micro scopy, and crystllinities and chemical bonding are identified using X-ray diffraction and X-ray photoelectron spectroscopy. The oxygen reduction reaction are measured using a linear sweep voltammogram and cyclic voltammetry. Among the samples, 10 wt% Pt@N-doped protein-based carbon exhibits exellent electrochemical performance with a high onset potential of 0.62 V, a high $E_{1/2}$ of 0.55 V, and a low ${\Delta}E_{1/2}=0.32mV$. Specifically, as compared to the commercial Pt/C, the 10 wt% Pt@N-doped protein-based carbon had a similar oxygen reduction reaction perfomance and improved electrochemical stability.
Porous surfaced Ti implant compacts were fabricated by electro-discharging-sintering (EDS) of atomized spherical Ti powders. Powders of $50-100{\mu}m$ in diameter were vibratarily settled into a quarts tube and subject to a high voltage and high density current pulse in Ar atmosphere. Single pulse of 0.7 to 2.0 kJ/0.7 gpowder, from 150, 300, and $450{\mu}F$ capacitors was applied in less than $400{\mu}sec$ to produce twelve different porous-surfaced Ti implant compacts. The solid core formed in the center of the compact shows similar microstructure of cp Ti which was annealed and quenched in water. Hardness value at the solid core was much higher than that at the particle interface and particles in the porous layer, which can be attributed to both heat treatment and work hardening effects induced by EDS. Compression tests were made to evaluate the mechanical properties of the EDS compacts. The compressive yield strength was in a range of 12 to 304MPa which significantly depends on input energy. Selected porous-surfaced Ti-6Al-4V dental implant compacts with a solid core have much higher compressive strengths compared to the human teeth and sintered Ti dental implants fabricated by conventional sintering process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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