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Zn-Al 합금의 조성과 냉각 과정에 따른 미세구조 관찰 및 경도변화

Zn-Al 합금의 조성과 냉각 과정에 따른 미세구조 관찰 및 경도변화실험 목표냉각 속도에 따른 Zn - 3wt%Al 합금의 조직과 경도 관찰 Al함량에 따른 Zn-Al합금의 미세조직 및 경도 관찰(다른 조의 데이터와 비교)???!!!실험 원리1초정, 공정이란?3wr%- Al와 Zn이 고온의 융체에서는 완전히 용해하나 고체에서는 전혀 용해하지 않음 L 융체→ α고용체 + β고용체 -초정(primary crystal): 최초로 응고하는 Al금속 공정혼합물(eutectic mixture) or 공정(eutectic): 골을 형성하는 점에서 생성되는 물질 만일 공정조성의 합금이면 초정이 없는 공정만의 조직이 됨실험 원리2Dendrite Arm Spacing ; 냉각 속도가 빨라 질수록 2차 가지들 간격이 좁아진다.d2 = Dt t ∝ d2 (d : 팔 간격, t :냉각 시간, D : 확산계수)실험 원리3Chill zone and Columnar zone;Columnar zone (주상정대) 이란? Mold를 향해 열류를 방출하면서 액체쪽으로 성장해 나가는 결정들(주상정)이 모인 지역Chill zone (냉금구역) 이란? Random한 방향으로 배향한 결정들이 배열되어있는 주물의 외각 층Fig.1 chill zone and columnar zone실험 원리3Equiaxed chill zone and free crystal;Fig.4 대표적인 Ingot의 구조등축정에 대한 고전적 이론 - Free Crystal들이 용융금속을 쏟아붓는동안 Mold벽에 근접한 과냉된 지역에서 발생하며, 등축냉금구역 (Equiaxed chill zone)을 형성한다.  등축냉금구역은 용융금속이 mold에서 빠르게 냉각 됨으로 인하여 생성 - 위에서 형성된 free crystal들이 주괴(ingot)의 중심부로 이동하여 Equiaxed central zone을 형성한다.실험 방법1. 정량 400g 기준 (Zn : 388g, Al : 12g) 사용 2. 고주파 용해로를 이용하여 용해 (10분:650℃ 까지 승온, 이후 50분: 650℃ 유지) 3. V형 몰드에서 냉각 (냉각속도의 차이를 주기 위해) 4. 시편 Cutting (6개의 시편으로 절단:원추형 모양을 절반으로 절단- 6등분) 5. 시편 연마 (200- 500- 800- 100- 1500- 2000 및 Micro Polishing) 6. 질산 3mL + 물 100mL용액(3% Nital)으로 에칭 (1초) 7. 조직 관찰 (OM) (초정, Dendritr/Chill, Columnar, Equiaxed zone /냉각속도에 따른 조직의 크기 변화) 8. 비커스 경도계로 경도 측정 (냉각 속도에 따른 경도차 관찰 위치 통일)(1) 태민(2) 명현(3) 세희(4) 남진(5) 민훈(6) 휘성실험 결과1-조직 관찰(2)(1) (2) (3)(1) 100배(2) 100배(3) 100배(1) 500배(2) 500배(3) 500배실험 결과1-조직 관찰(3)(1) (2) (3)(1) 100배(2) 100배(3) 100배(1) 500배(2) 500배(3) 500배실험 결과1-조직 관찰(5)(1) (2) (3)(1) 100배(2) 100배(3) 100배(1) 500배(2) 500배(3) 500배실험 결과1-조직 관찰(2)(1) (2) (3)(1) 100배(2) 100배(3) 100배(1) 500배(2) 500배(3) 500배실험 결과1-조직 관찰(4)(1) (2) (3)(1) 100배(2) 100배(3) 100배(1) 500배(2) 500배(3) 500배실험 결과2-경도 변화중심으로부터의 거리(mm)경도 측정 값162.8263.5362.5459.2563.0663.8757.1864.3961.51059.4약18mm(1)중심으로부터의 거리(mm)경도 측정 값1163.81265.41368.21459.81563.71665.21766.31867.81920실험 결과2-경도 변화중심으로부터의 거리(mm)경도 측정 값162.9271.1368.4459.2563.1668.5764.7868.2965.61063.6약15mm(2)중심으로부터의 거리(mm)경도 측정 값1165.51268.41366.71470.41568.31617181920실험 결과2-경도 변화중심으로부터의 거리(mm)경도 측정 값165.7264.0365.2466.7563.2663.3764.8861.4959.71067.4약12mm(3)중심으로부터의 거리(mm)경도 측정 값1167.01267.1*************920실험 결과2-경도 변화중심으로부터의 거리(mm)경도 측정 값166.5269.4361.5465.2567.5667.0770.2867.4968.01071.1약10mm(4)실험 결과2-경도 변화중심으로부터의 거리(mm)경도 측정 값165.1263.9365.5471.4568.7669.2768.68910약7mm(5)실험 결과2-경도 변화중심으로부터의 거리(mm)경도 측정 값164.8267.8368.7466.9576.2678.678910약6mm(6)실험 결과2 -중심으로부터 거리변화에 따른 경도 그래프고찰1-냉각 속도에 따른 조직 변화예측 - 냉각속도가 느릴수록 덴드라이트 크기는 커지며 그 수는 적어짐. - 냉각속도가 느릴수록 DAS 길이는 길어지며, 경도는 작아짐. - 냉각속도가 느릴수록 덴드라이트가 성장하게 됨. (서로 다른 덴드라이트가 만날때 까지 성장) - Zn확산으로 인한 덴드라이트 성장으로 경도 값은 낮아짐. (경도 Al Zn) 그러나, 실제로 관찰 해 본 결과 약간의 차이가 보일 수 있지만 확연히 들어 나지는 않음.고찰2-냉각 속도에 따른 경도 변화{nameOfApplication=Show}

공학/기술| 2010.06.18| 21페이지| 2,000원| 조회(186)

Zn-Al, dendrite, Chill zone, Columnar zon..

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플라즈마, Chemical Vapor Deposition 와 Physical Vapor Deposition

Chemical Vapor Deposition CVDIntroduction ★ Chemical vapor deposition(CVD) is the process of chemically reacting a volatile compound of a material to be deposits atomistically on a suitably placed substrate. ( Chemical Vapor Deposition of Silicon Nitride and Oxynitride )The Mechanisms of CVD susceptor f ilm ( Sequence of gas transport and reaction processes contributing to CVD film growth )The Mechanisms of CVDAtmospheric Pressure CVD AP CVD structure ★ This is a relatively simple system that can operate with wafers on a horizontal conveyor belt. Deposition rate is fast and at low temperatures. The use of this method with ozone and TEOS is common in the industry, especially for shallow trench and pre-metal deposition layers.Low Pressure CVD Pressure sensor LP CVD structure ★ This technique permits either horizontal or vertical loading of the wafers into the furnace and accommodates large numbers of wafers for processing. It gives good conformal-step coverage with excellent purity and ueposition rate at relatively low temperatures. Step coverage is good. PE CVD structureALD (Atomic Layer Deposition) ★ Relatively new as a commercially available technique, ALD utilizes sequential precursor gas pulses to deposit a film one layer at a time. The first precursor gas is introduced into the process chamber and produces a monolayer of gas on the substrate. A second precursor gas is then introduced into the chamber and reacts with the monolayer produced from the first gas. Since each pair of gas pulses (which is one cycle) produces exactly one monolayer of the desired film, the thickness of the final film is precisely controlled by the number of deposition cycles. ALD structureEvaporationEvaporation Process Advantages: Highest purity (Good for Schottky contacts) due to low pressures. Disadvantages: Poor step coverage, forming alloys can be difficult, lower throughput due to low vacuum. Evaporation is based on the concept that there exists a finite “vapor pressure” above any maarget, possibly leading to the ejection of some of these atoms. This ejection process is known as sputtering. Collision S equence : May Terminate Within The Target or Result In The Ejection Of A Target Atom (Sputtering) Interactions of ions with surfaces Incident ion Sputtered atoms Lattice atoms Primary knock-on Sputtered atoms Secondary electrons Reflected ions neutral + surfaceSputtering Deposition Process Ions are accelerated into target. Some of the surface atoms are sputtered off of the target. These sputtered atoms “flow” across the chamber to where they are deposited. Deposited layer Plasma Sheath region + + + + + TMP RP Cathode Target TC Substrate Ar gas DC POWER Ar 0 Ar + Ar + Ar 0 Ar 0 Ar 0 Ar 0 SputteringSputtering Yield S values are typically in the range of 0.01 and 4 and increase with the mass of metals and energy of the sputtering gas. The Sputter yield depends on (a) the energy of the incident ions (b) the masses of the ions and target atoms (c) the binding energy of ae. In some configurations, reactive deposition can be easily accomplished using reactive gaseous species that are activated in plasma. The source and substrate can be spaced close together. The sputter deposition chamber can have a small volume. Disadvantages of Sputter Deposition Sputtering rates are low compared to those that can be attained thermal evaporation. Sputtering targets are often expensive and material use may be poor. Most of the energy incident on the target becomes heat, which must be removed. In reactive sputter deposition, the gas composition must be carefully controlled to prevent poisoning the sputtering target.DC Sputtering Process DC Sputtering Using Direct Current Power Low substrate temperature High Deposition Rate Good Controllability Alloys and compounds of materials with very different vapor pressures can be sputtered easily Relatively cheap deposition Scalability to large areas negative oxygen ions accelerated in cathode sheath O - Vp Vsp ground level bombarf V f V p V dc ≒ -300V DC PLASMA (Substrate) (Target) Vp - Vf V p V f V dc ≒ -100V RF Ionization of DC magnetron sputtering is mainly affected by secondary electron emission at the cathode. Ionization of RF magnetron sputtering is mainly affected electrons which perform an oscillating motion in the plasma Different ionization mechanism Discharge voltage (DC RF) Deposition rate (DC RF) Vp – Vf (RF DC) Ref. B. Chapman “glow discharge processes”, 1980 *Vp – Vf = = DC and RF DischargeConfiguration of cathode and target for magnetron sputtering N N N S S S Substrate holder Substrate center side erosion Magnet good electrical, optical property high deposition rate good adhesion large area uniformity Advantages Magnetron Sputtering ProcessEffect of target poisoning during reactive magnetron sputtering Schematic representations of poisoning target ADVANTAGES High-growth-rate deposition of dielectric films (including films with gradient properties) with use of metal targets and DC sputtering DI}

공학/기술| 2010.06.18| 28페이지| 2,000원| 조회(188)

플라즈마, cvd, PVD, DC Sputtering, RF Sputteri..

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박막의 표면 에칭방법-건식에칭과 습식에칭

Surface etching♦ Etching of thin films and sometimes the silicon substrate are very common process steps. ♦ Usually selectivity, and directionality are the first order issues. ♦ Selectivity comes from chemistry; directionality usually comes from physical processes . Modern etching techniques try to optimize both. ♦ Simulation tools are beginning to play an important role in etching just as they are in deposition . Topography simulators often do both, based on the same physical principles. What is etching? ♦ General etch requirements ♦ 1. Minimal undercutting 2. Selectivity to other exposed films and resist 3. Uniform and reproducible 4. Minimal damage to surface and circuit 5. clean, economical and safeThin film process Thin Film Coating Photolithography Plating Etching ETCs Thin film processTypes of Etching Selective etching Nonselective etching Etching Selective etching Nonselective etching Dry etching Wet etching Selective etching : only surface layer etching of all without other layer Nonselective etching : simultaneous etching of various layer through the reaction of other layerLithography ♦ Patterning process at the substrate for the Integrated Circuits ♦ Lithography process Film deposition : silicon substrate is prepared and metal film or Dielectric film is deposited. Photoresist application : In the spin coater, we can coat by dropping the PR (Photoresist : PR, CnHn ) in the substrate Exposure : Through the Mask, UV is dimmed in the Psalm covered filmsEtching process Etching : developer is used in the sensitive area and patterning is over. ♦ PR - A photoresist is a light-sensitive material used in several industrial processes, such as photolithography and photoengraving to form a patterned coating on a surface. ♦ Developer - Most of the developer is Alkaline solution such as KOH but, in the negative PR such as SU series, Acetone or specific solvent is used.Wet Etching mask substrate ♦ Isotropic ♦ ♦ Wafers typically submerged in specific chemical baths. ♦ Processes tend to be highly selective but isotropic (except for crystallographically dependent etches).Wet Etching Advantage Disadvantage ♦ Large amount handle at a time ♦ A low price ♦ Automation of wet etching process ♦ Reproducibility of wet etching condition ♦ Simple operating for the engineering ♦ Induction of undercut ♦ Change of oxide etching rate ♦ Dangerousness increase by controlling chemical ♦ Dangerousness of waste gas and explosionDry Etching mask substrate ♦ Anisotropic ♦ ♦ Chemical etching (isotropic, selective) ♦ Physical etching (anisotropic, less selective ) ♦ Ion-enhanced etching (anisotropic, selective )Dry Etching Advantage Disadvantage ♦ The exact pattern formation ♦ Automation possible ♦ H armful solvents and acid is not necessary ♦ Clean Process because of the Vacuum Atmosphere ♦ Many process variables ♦ Ion impact and Damage due to the Radical , Contamination occurs ♦ Difficult to substances by dry etching (Cu, Pt)Loading Effects ♦ Most isotropic etchants exhibit a loading effect . ♦ The loading effect is the result of a high consumption rate of the etchant by the etched film, causing the depletion of the active etchant consumed during the etching process. ♦ If the etchant is depleted mainly by surface reactions, then small increases in flow rates will cause large increases in etching rates . ♦ When loading occurs, overall etching rate depends upon the total area of film to be etched . ♦ As the process approaches the “end point” of the etching, the area of the etched material decreases, the concentration of the active species increases , and a drastic increase n the etching rate occurs.Loading Effects Macroscopic loading Effect Microscopic loading Effect Aspect ratio dependent etching ♦ Decline of etching rate overall through the increase of wafer number of etching area ♦ Etching rate difference between congested area and not congested area in the same substrate - not congested area is high etching rate ♦ Decrease of etch rate increasing the aspect Ratio ( the depth of etching /the Width of etching )Etching Gas ♦ Use of Freon gas or Fluoro-carbon gas ♦ Inert gas such as Ar , He, H 2 , O 2 gas is used with etching reaction gas ♦ Al is etched by Chlorine gas because of By-product properties ♦ O 2 gas is used for the photoresist. Layer Material Etching Gas Gate MoW, Ta, MoTa SF 6 CF 4 +O 2 Al BCl 3 +CL 2 Si 계열 n + a-Si/a-Si SF 6 CF 4 +O 2 Pixel ITO CH 4 +H 2 ,HI,HBr{nameOfApplication=Show}

공학/기술| 2010.03.10| 13페이지| 2,000원| 조회(1,585)

에칭, etching, 습식에칭, 건식에칭

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압력 감지를 위한 로봇 피부의 설계

압력감지를 위한 로봇피부의 설계목 차1. 초 록2. 개 요3. 이론적 배경4. 발명의 목적4-1. 이 분야의 종래 기술4-2. 이루고자 하는 기술적 과제5. 마이크로 압력센서의 동작원리6. 설계방향 및 결론 도출7. 참고문헌1. 초 록마이크로 압력센서의 원리는 미세한 금속박막과 저항체로 구성된 압력 스위치 array와 압력에 의해 탄성 변형된 전도성을 갖는 다이어프램과의 접촉에 의한 전지저항 변화를 이용하여 압력을 검출.2. 개 요프로세스 또는 시스템에서 기체나 액체의 압력을 측정하는 압력센서의 측정원리로는, 압력에 의해서 형상이 변화하는 다이어프램을 응용한 것이 많고, 금속 다이어프램 표면에 스트레인게이지를 부착시켜 저항치의 변화를 검출하는 방법, 다이어프램과 다른 전극 사이의 용량변화를 검출하는 방법, 다이어프램과 압저항게이지를 실리콘으로 일괄 성형하는 방법 등이 있으며, 최근에는 반도체 기술과 박막기술 등의 발전으로 반도체형 압력센서가 자동차, 생체공학용 의료기기 및 산업체 대규모 시스템 제어에 이르기까지 광범위한 분야에 응용되고 있다.실리콘 단결정체의 표면층에 변형게이지 저항체를 확산형성하여 휘스톤 브리지를 형성시키고, 압력이 가해졌을 경우에 피에조저항 효과에 의해 압력에 비례한 브리지출력을 얻을 수 있는 반도체형 압력센서는 가격대비 성능이 우수하고 소형화, 고성능화 및 대량생산이 가능하다는 장점이 있으나, 인가압력에 따른 압력강도가 낮고 온도 드리프트의 영향이 크며 반도체 공정에 의해 형성되는 다이어프램의 두께 및 균일성에 근소한 차이가 존재한다는 문제점이 있다. 또한, 신호가 미약하기 때문에 신호증폭과 노이즈제거를 위한 별도의 신호처리기술 및 회로기술이 필요하며, 다이아프램에 응력변형이 생기지 않도록 하는 세심한 실장기술이 요구된다.본 설계는, 반도체형 압력센서가 가지는 장점을 활용하면서 기존의 문제점을 극복하기 위한 새로운 방식의 마이크로 압력센서 개발에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미세한 금속박막과 저항체로 구성된 압력스위치 어레이와 압력에 의해 탄성변형된 전도성을 갖는 다이어프램과의 접촉에 의한 전기저항 변화를 이용하여 압력을 검출하는 새로운 측정원리를 제안하고 프로토타입의 제작 및 시뮬레이션에 기초한 특성파악을 통해, 기존의 반도체형 압력센서를 대체하여 원천기술을 확보할 수 있는 마이크로 압력센서에 관한 것이다.3. 이론적 배경3-1. 반도체식 압력센서반도체식 압력센서는 압력을 받아서 그것을 왜응력으로 변환하는 다이어프램과 다이어프램에서 발생하는 동력을 전기신호로 변환하는 부분의 2가지 요소로 구성되어 있다. 실리콘을 이용한 반도체 압력센서에서는 다이아프램은 단결정 실리콘을 화학적으로 에칭(etching)해서 형성되어진다. 다이어프램에 발생하는 응력을 전기신호로 변환하는 방법으로서 진동자의 고속진동수의 변화를 검출하는 것과 표면탄성파를 이용하는 것이 있느나, 주로 압저항식과 정전용량식의 2 종류가 있다.a. 압저항식그림 압저항식 압력센서의 구조압저항식 압력센서의 구조는 아래 그림에 나타나 있다. 실리콘의 압저항효과는 p 형과 n 형에 따라 압저항소자의 전도형이나 압저항소자가 형성되는 결정면에 의하여 다르며, 또는 결정방위 의존성이 있다 보통 (100) 면 또는 (110) 면의 압저항소자를 이용한다. 브릿지의 구동방법으로서 정전압방식과 정전류방식이 있다.압저항계수는 부의 온도 특성을 갖고 있기 때문에, 정전압으로 브릿지를 구동하면 압력에 대한 감도가 부의 온도계수를 갖게 된다. 따라서 정전압방식의 경우는 반도체 압력센서의 신호를 증폭하는 증폭기의 증폭률이 정의 온도계수를 가지게 되는 것으로서 감도의 온도보상을 행한다.한편, 정전류 방식의 경우는 압저항소자의 저항치 자체에 정의 온도의존성이 있기 때문에 압저항효과의 부의 온도특성과 잘 매칭(matching) 되는 것으로 감도의 온도보상이 된다.b. 정전용량식정전용량식은 서로 마주보고 있는 전극판의 간격을 외부로부터의 응력에 의하여 변화시키면 그 전극간의 정전용량이 변화한다.이 정전용량 변화를 전기신호로 변환시키면 응력이 검출된다. 이 원리를 이용한 것이 정전용량식 반도체 압력센서이다. 정전용량식의 경우는 반도체 특유의 특성을 응용하고 있지 않기 때문에 반드시 반도체에 한정되지 않으며, 전술한 것과 같이 단결정 실리콘이 다이어프램의 소재로서 우수하다는 것과, 미세가공이 용이하다는 것으로 정전용량식에 실리콘이 많이 이용되고 있다.3-2. 감도(Sensitivity)◎ 정의 : 출력 특성곡선에서의 기울기 or 감지할만한 출력의 변화가 생기기 위한 최소한의 입력의 크기(more general def.)◎ 표기 예 : 표준출력변화를 유발하기위한 입력인자의 변화량주어진 입력인자에 대한 출력전압의 변화ex) 혈압측정 변환기(blood pressure transducer)S = 10 μV/V/mmHg (해설 : 1V의 자극전압에서 1mmHg의 혈압변화에 대하여 10μV의 전압변화발생)3-3. piezoresistive (압저항 효과)압저항 효과 : 도체나 반도체에 압력을 가할 때 전기저항이 변하는 현상in Ωρ : resistivity,in ΩL : Length in cmA : cross-section area in cm2또는물체가 원통형이라 가정하자.이 경우, Poisson's ratio에 대한 표현을 나타내면,여기서 D는 단면적의 지름, L은 길이이다.transversal strainlongitudinal strain따라서,여기서 첫째 항은 dimensional effect, 둘째 항은 piezoresistive effect를 나타낸다.Gauge factor (GF) 는이며, GF는 piezoresistive effect 가 큰 물질에서 큰 값을 갖는다.4. 발명의 목적4-1. 이 분야의 종래 기술종전 까지는 기계식과 전기식의 방법이 주로 쓰였다. 이는 압력에 의한 변위를 저항, 자기, 용량 등으로 변화시켜 전기 신호로 변환하는 방법이었다. 그러나 점차 발전해가는 Microprocess와 로봇 기술의 발달에서는 고감도, 고성능이 요구된다. 이에 맞는 방법으로 반도체 압력 센서의 개발이 주목 받고 있고 이에 대한 문재점 해결 및 성능 향상 방안이 요구된다.반도체식은 반도체 결정에 기계적 응력이 가해지면, Piezoresistive Effect에 의해 큰 저항 변화가 나타나고 이를 측정하는 방법이다.현재의 압전형 반도체 센서는 실리콘 등의 반도체 결정에 기계적 응력이 가해지면, 피에조저항효과에 의해 큰 저항변화를 하는 것에 착안해서 개발된 것으로서, 일반적으로는, 실리콘 단결정체의 표면층에 변형게이지 저항체를 확산형성하고, 이 변형게이지 저항체 4개로 휘스톤 브리지를 형성시키고, 에칭에 의해 실리콘단결정체의 이면에 오목부를 형성하고, 얇은 부분을 다이어프램으로 하고, 표면의 적소에 전극을 배치한 것이다. 그리하여, 반도체압력센서에 압력이 가해졌을 경우에, 다이어프램이 변형하고, 변형게이지저항체의 저항치가 피에조저항효과에 의해, 크게 변화하여, 압력에 비례한 브리지출력을 얻을 수 있다.4-2. 이루고자 하는 기술적 과제이런 기존의 반도체센서는 매우 작은데, 특히 의료분야 같은 미세 공정에서는, 그 크기를 , 1 칩의 1 변이 1mm 정도 이하의 작은 것으로 할 필요가 있는데 이렇게 매우 작은 반도체 압력 센서의 표면으로부터 다이어프램에 압력을 가함과 동시에, 반도체 압력 센서의 전극과 측정 프로브를 접촉시켜서 브리지 출력의 측정을 행하는 것은 매우 곤란하다. 그럼으로 우리는 전도성을 갖는 다이어프램이 압력도입챔버로부터 도입된 압력에 의해 변형되어, 압력스위치 array를 구성하는 금속박막과의 접촉에 의한 전기 저항 변화를 이용하여 압력을 검출할 수 있는 Micro 압력 센서를 설계하고 또한 금속박막과 저항체 사이 간격을 조절하여 저항의 단계적인 크기 조절도 가능케 하여 최종적으로 원천기술을 확보할 수 있는 마이크로 압력센서를 설계하겠다.5. 마이크로 압력센서의 동작원리5-1. 마이크로 압력센서의 구성본 설계에서 제안한 압력스위치 어레이를 이용한 마이크로 압력센서를 사용하였다. 기본적으로는 압력에 의해 탄성 변형하는 다이아프램을 포함한 실리콘 부분과 미세한 금속박막과 저항체로 직렬 연결된 압력스위치가 있는 Pyrex glass 부분으로 구성되어 있다. 다이아프램은 이방성 에칭에 의해 형성된 실리콘 박막 위에 접촉시에 전기저항 변화를 일으키기 위한 금속 박막을 증착하여 형성한다. 양극접합을 이용하여 실리콘과 Pyrex glass 부분을 결합시키고 있다.5-2. 마이크로 압력센서의 측정원리압력이 가해지면 다이아프램이 변형하게 되고 압력스위치 어레이에 접촉하게 되며 접촉된 부분을 따라서 전류가 흐르게 되어 전기저항값의 변화가 생기며 저항값의 변화를 검출함으로써 인가된 압력을 측정할 수 있는 원리이다.

공학/기술| 2009.07.20| 10페이지| 2,000원| 조회(239)

압력, 재료역학, 조직학, 로봇피부, 설계학

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Zn-Al 합금의 냉각속도에 따른 경도값의 변화

1. 실험목적Zn-Al 합금에서 Al 함유량과 그에 따른 냉각속도 비교를 통하여 Denrite크기 및 조직에 따른 경도변화를 알아본다.2. 실험지식① Dendrite(수지상정)란?용융금속이 응고할 때 통상 보여 지는 결정이며, 수목형태로 보이기 때문에 이렇게 불린다. 최종 형성된 결정이 발달해 줄기가 되며, 일차가지라고 부른다. 일차가지에서 갈래를 나눈 것이 이차가지이다.수지상이 나타나는 이유는 아연이 응고할 때 아연 중에 포함되어지는 미량의 원소 중에서 아연의 응고점을 낮추는 원소에 의해 과랭현상이 발생, 응고핵을 중심으로 수지상결정(나무가지형태)이 성장한다.Dendrite의 2차 팔의 간격은, 응고할 때 냉각속도 및 응고 속도에 의해 결정되므로 이 간격을 측정하여 냉각속도와 응고속도를 추정할 수 있다.하나의 수지상 결정은 X선으로 조사하면 단결정으로 되어있다. 결정핵의 발생속도와 결정의 성장속도에서 성장 속도 쪽이 클때는 수지상결정이 된다. 즉, 냉각속도가 빠를수록 미세한 수지상 조직이 형성된다.결정구조일차가지이차가지면심입방정[001][100][010]체심입방정[001][100][010]조밀육방정[1010][0110][1100]체심정방정[110][112][111]그리고 수지상정의 성장방향은 다음과 같이 결정구조에 의해 결정된 방향으로 성장한다.② 상태도 분석tempphase%comp%analysis1100/100 melt100Al:3Zn:9720.3/0.3 meltε cry(β)100Al:3%Zn:97%Al:0%Zn:100%Al:3Zn:97Al:0Zn:03+1.5/4.5 melt3/4.5 cry(β)30%70%Al:6%Zn:94%Al:1.5%Zn:98.5%Al:1.8Zn:28Al:1.1Zn:693-1.5/45 melt3/4.5 cry(β)30%(a2=9)(β=21)70%Al:16.9%Zn:83.1%Al:1.5%Zn:98.5%Al:1.5%Zn:98.5%Al:1.5Zn:7.5Al:0.3Zn:20.7Al:1.1Zn:694-2.3/21.6 cry(a2)19.3/21.6 cry(β)10.689.4Al:23.3%Zn:77.7%Al:0.7%Zn:99.3%Al:2.5Zn:8.2Al:0.6Zn:88.850.35/10.55 cry(a1)10.2/10.55 cry(β)397Al:87%Zn:13%Al:0.5%Zn:99.5%Al:2.6Zn:0.4Al:0.4Zn:973. 실험방법① 정량 : 300g기준, Zn-Al (Zn : 291 g, Al : 9g (3 wt%))② 전기로를 이용해 용해한다. 650℃까지 승온 하는데 1시간15분, 이후10 분유지하고 몰드에 부어 냉각한다. 그리고 냉각속도의 차이를 주기 위해 아래쪽은 수냉시킨다.)③ 시편을 cutting 한다.냉각속도 “느린쪽 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 “빠른쪽”④ 연마지100～2000 및 Micro연마지를 사용하여 Polishing 한다.⑤ 질산5ml + 물100ml 용액으로 에칭을 1초간 한다.⑥ OM으로 조직을 관찰하여 냉각속도에 따른 dendrite크기를 관찰한다.⑦ 비커스 경도계로 경도를 측정하여 조직에 따른 경도를 알아본다.4. 실험결과시편번호경도치(평균값)1110.42109.83102.3495.2594.8692.6① 경도측정값 (경도는 50g하중 10초의 조건으로 측정)② 조직사진4. 토의 및 고찰이번 실험에서는 Zn-Al (Al 3wt%)합금의 냉각속도에 따른 Dendrite조직의 크기 및 경도를 측정하여 알아보았다.시편을 용해한 뒤 서서히 냉각하면 결정이 석출되기 시작하는데, 상태도에서 보면 Al이 먼저 석출되기 시작한다. 따라서 온도가 내려가면서 결정이 계속 석출되어 응고핵을 중심으로 일차가지가 발달하고 일차가지에서 이차가지로 발달되어 Dendrite가 형성된다.이번 실험에서는 이런 Dendrite가 냉각속도에 따라 어떻게 변하는지 보여주는데 조직사진을 보면 냉각속도가 가장 빠른 1번시편의 Dendrite가 가장 미세하고, 냉각속도가 느린 5번과 6번 시편은 Dendrite 크기가 크다. 또한 경도값도 Dendrite 크기가 작은 1번 시편이 가장 높게 나왔다. 그 이유는 결정립이 미세해 지면 Denrite의 간격도 또한 좁아지므로 경도값이 높게 측정된다.이 실험을 할 때 원기둥인 시편을 반으로 잘라서 실험을 했기 때문에, 시편의 내부와 외부의 경도값을 차이가 있으리라 보고 따로 경도값을 다시 츶정해보았다. 경도값을 아래의 표와 같다.가로 → 중심경도값세로 → 중심경도값1111.31*103.72107.12*100.43100.93*95.04(중심)90.34(중심)90.3위와 같이 시편의 중심으로 갈수록 경도값이 약하게 측정되었다. 그 이유는 시편을 냉각시킬 때 외부보다는 내부(중심)가 늦게 냉각이 되므로 결정이 더 크게 된다. 따라서 같은 시편을 놓고 보아도 경도값의 차이가 생긴다. 그리고 이를 통해서 Denrite의 크기도 예상할 수 있다.(시편의 외부보다 내부의 Dendrite가 더 크다.)

공학/기술| 2009.01.06| 4페이지| 1,000원| 조회(930)

경도, 합금, 덴드라이트, dendrite

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