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용접 조직과 결함

용접 조직과 결함1 Microstructure of Weld Solidification of Welds 2 Post-Solidification Phase Transformation 3 Weld Crack 4 Residual Stress 5Macro Microstructure of Weld 용접부 조직 용접부 ( Welding Zone) 열영향부 ( Heat Affect Zone) Solid-Liquid Transition zone Grain growth zone Recrystallized zone Partially transformed zone 모재부 ( Base Material)Solidification of Welds 용접부 응고 조직 평활 계면 조직 (Planar] 셀 상 조직 [Cellular] 수지상 조직 [Dendritic] 등축 수지상 조직 [ Equiaxe Dendritic]Solidification of Welds 용접 속도와 응고 High speed Low speed Weld Pool 모양 Tear-drop shaped Elliptical 결정립 모양 Straight Curved Axial columnar grain 의 폭 Narrow Wide응고 후 상 변태 응고 미세 조직과 기계적 특성 변화 Austenite 조직을 ferrite 조직으로 변태 ferrite 조직이 강도 및 인성이 양호 Austenite 조직을 고온에서 냉각 Grain boundary 에서 ferrite 핵이 생성 및 성장 용접 강도 및 인성에 가장 양호한 accicular ferrite 조직을 형성 Post-Solidification Phase TransformationPost-Solidification Phase Transformation A : Grain Boundary Ferrite B : Polygonal ferrite C : Widmanstattem ferrite D : Accicular ferrite E : Upper bainite F : Lower bainitePost-Solidification Phase Transformation Cooling time Alloying additions Grain size Acicular ferrite 양이 증가하면 용접부의 충격인성 증가 ( 미세한 grain size )Post-Solidification Phase Transformation Ar shield gas 에 2% CO2 gas 를 첨가 했을때 최대 충격 인성 DBTT ( 연성 취성 천이 온도 ) 낮을 수록 용접 인성이 양호Weld Crack Hot Crack ( 고상선 이상 ) - 응고 균열 - 액화 균열 Cold Crack (300℃ 이하 ) - 수소 균열 - 지연 균열Weld Crack 고온 균열의 종류 ▪ Weld zone 에서 발생 응고 균열 고온 균열 종류 ▪ Weld zone 발생 ▪ HAZ 에서 발생 액화 균열Weld Crack 용접부 구속상태 가열시 팽창 / 냉각시 수축 수축에 의해서 grain 과 grain 사이에 빈 공간이 발생 응고 균열 발생 원리Weld Crack 응고 균열 용접 금속에 P , S 화합물 의 편석 저융점 화합물 응고 시간의 차이 수축 시간 길어짐 Austenite 가 Ferrite 보다 인성이 저하 STS Cr 함량이 많으면 Ferrite 함량이 많고 Ni 의 함량이 많으면 Austenite 함량이 많음 Cr/Ni 함량이 클 수록 Crack 이 발생되지 않음Weld Crack 응고 균열Weld Crack 액화 균열 발생 원리 액화 균열은 PMZ ( Partially Melted Zone) 에서 발생 PMZ 영역에서는 강도 및 연성이 떨어짐 Grain boundary 입계에 S,P 와 같은 저융점 화합물이 편석 Weld Pool 에서 응고가 진행되면서 발생되는 수축응력에 의해서 발생Weld Crack 액화 균열 액화 균열 방지책 입열량을 감소 시켜서 PMZ 영역의 온도 저하 저융점 화합물의 함유량을 최소화 Grain size 크기를 미세화Hydrogen Cracking 수소 균열 결정립계에 수소가 확산하며 해리되어 균열 발생 비교적 조대한 grain 의 HAZ 에서 Crack 관찰 입계 및 입내 crackHydrogen Cracking 수소 균열에 미치는 요인 용접 메탈의 수소 함량 소재의 조성 – C 함량이 많으면 - Hard brittle 소재 두께 – 두꺼운 소재 - cool rate 증가 - 경화능 증가 Heat input – 입열량이 크면 수소 확산이 잘 됨 수소를 함유한 요인 - Oil , grease and dirt - Rust - Paint and coating - cleaning fluids 수 소Welding Deformation 열적 효과 구속 상태에서 발생되는 열 사이클 동안에 동반되는 체적 변화에 의한 변형 가열에 의해서 팽창이 구속되면 압축 응력 냉각에 의해서 수축이 구속되면 인장 응력Welding Deformation 용접 변형 유형 buckling 강도 저하 피로 강도 저하 품질 저하 생산비용 증가Welding Deformation 용접 변형과 잔류 응력 Thin-walled structure ▪ 큰 변형 RISK ▪ 잔류 응력이 작음 Thick-walled structure ▪ 작은 변형 RISK ▪ 잔류 응력이 많음Residual Stress 잔류응력 메카니즘 잔류 응력은 비 탄성 변형에 의해서 생성 Three-Bar Model test 에 의해서 설명 Heating process - 중간 봉의 팽창을 양쪽 두 개의 봉에서 억제 - 중간봉에서 압축 응력이 발생 Cooling process - 중간 봉의 수축을 양쪽 두 개의 봉에서 억제 - 중간 봉에서 인장 응력이 발생Residual StressResidual Stress 용접 잔류응력Residual Stress 용접 잔류 응력의 효과 용접 잔류 응력의 요인 Residual Stress Cold Crack Buckling 강도 저하 응력부식균열 (SCC) 수소지연균열 (HDC) 피로 강도 저하 용입 열 Plate thickness 용접 거리 용접 순서 상 변태 구속 정도Residual StressResidual Stress 용접 잔류 응력 완화 ㄱㄹ Post Weld Heat Treatment [PWHT] T 후열처리 (PWHT) TEXT Mechanical Stress Relief [MSR] Vibratory Stress Relief [VSR] Peening 가장 광범위하게 사용되지만 시간과 비용이 많이 소요 열처리에 의해서 항복 강도를 낮추고 항복 강도 이상의 잔류 응력을 제거 후열처리에 의해서 경도를 낮추고 인성을 증가 시킴Residual Stress 후열처리 (PWHT)Residual StressThank YouCarbon Steel Phase DiagramSolidification of Welds 응고 모델 고액 계면을 따라 일어나는 용질 원자의 재 배열 액상선 과 고상선 존재 ( 2 원계 ) - TL ( 액상선 ) - T ( 액상과 고상 혼합 ) - Ts ( 고상선 ) 평형응고 상수 K = 1 ( 완전 평행 응고 ) K 1 K 1{nameOfApplication=Show}

공학/기술| 2013.04.04| 32페이지| 2,000원| 조회(436)

용접, 미세조직, 용접의 종류, 수소 취성, 열영향부, HAZ, 용접의 장단점, 고온..

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O-ring의 종류, 재질 및 특성과 응용분야

2012김보성[O-RING][O-RING의 종류, 재질 및 특성과 응용분야에 대한 자료]1. 개요공정에서 O-RING을 사용하는 대부분의 고객들은 O-RING으로 인해 장비가 DOWN되어 공정에 치명적인 시간적, 경제적 손실을 받기 전에는 O-RING과 같은 소모품의 선정과 교체에 소홀함을 보인다. 그러나, 현실적으로 압력, 진공, 가스, 온도, 화학 약품등의 가혹한 반도체 환경에서 높은 수율을 보장 받기 위해 O-RING의 중요성을 인식 하여야 한다. 그러므로 O-RING의 용도, 종류, 소재 별 물성에 대하여 간단하게 정리하여 자료화 하려 한다.2. O-RING의 정의O-RING은 원형의 횡단면을 가진 간단하고도 다양한 RING 모양의 한 봉합재질이다. O-RING은 유동부위나 고정부위에 장착되어 두 표면 사이에 가깝게 밀착되면서 유동체가 흘러 들어올 수 있는 통로에 LEAK발생을 막아주는 신뢰성 있는 봉합재료이다. O-RING의 뛰어난 봉합력은 O-RING 제작에 사용되는 Elastomer 재질에 있다. 고강성에 압착이 불가능한 유동체에 대한 높은 표면장력으로 그 원형을 유지하려는 Elastomer 특성으로 인해 탁월한 봉합력을 지니게 된다.3. O-RING에 사용되는 용어1) POLYMER긴체인 구조로된 분자들의 화학적 고리의 결정으로 O-RING은 많은 Polymer로 구성되어 있다.2) Elastomer외부에서 가해지는 물리적인 힘에대해 높은 표면 장력으로 그 원형을 유지하려는 성질을 갖는 높은 polymer.Elastomer이 갖추어야 할 필수조건 - 약 100%잡아당겼을 때 끊어지지 않아야 한다. (잡아당겨 약 5분동안 그 상태를 유지하다가 놓았을 경우 5분안에 원래보다 10%이상 변형되지 않은 상태로 되돌아 와야 한다.)3) Compound완성된 고무 성분의 형태로 기초적인 Polymer와는 다른 화학과의 혼합물이다. 좀 더 정확히 말하자면 몇 몇 특정한 장치에서 재료의 Performance를 최적화 하고 요구되어지는 특별한 특성을 갖추기 위해황산 초나 염산, 불산, 인산등의 산화성이 강한 무기산과 냉수에서 온수 혹은 스팀이나 암모니아, 각 족 아민등의 알카리성 수용액 또는 가성소다, 가성칼슘액 등의 강알카리성 하에서도 뛰어난 저항을 갖고 요구에 따른 품종 선택이 가능하다.-식품안정성 : 식품이나 의약품 등의 제조 프로세스에서 멸균, 살균을 필요로 하는 각종 기계의 씰재료로서 팽윤과 축출이 적어서 유용하다.-내스팀성 : 온수에서 스팀에 이르는 넓은 온도 영역으로 사용 가능하다.7. O-RING의 소재 별 용도와 특성1) Acrylonitrile-Butadiene (NBR)높은 acrylonitrile 함유로 Oil과 석유 연료에 저항이 더 높다. 하지만 탄성과 압축에 대한 저항은 부정적인 영향을 받는다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 종종 중간 정도의 acrylonitrile 함유를 선택되어진다. 다른 elastomers와 높은 마모 저항성을 비교 하였을 때 NBR은 좋은 기계적 특성을 가진다. NBR은 풍화와 오존에 대한 저항성은 없다. 이 고무의 최대 장점은 내유성이 매우 뛰어나다. 그로 인해 산업기계, 건설기계, 자동차, 항공기 등, 모든 분야에서 윤활유나 작동유, 연료유 등의 씰에 O-RING으로써 가장 적당하다.- 온도 범위 : -57°C ~ 100°C- 화학 저항* 프로판, 부탁, 석유, 미네랄 오일, 디젤* HFA, HFB, HFC* 저온에서의 산, 알카리- NOT COMPATIBLE WITH* 벤젠 같은 탄화 수소족* 염화 탄화 수소, 케톤, 아세톤, 초산* 강산2) Ethylene Acrylate (AEM)Ethylene Acrylate는 ethylene와 methyl acrylate 혼합 폴리머이다. Ethylene acrylate와 ethyl acrylate(ACM)과 혼돈 해서는 안된다.- 온도 범위 : -40°C ~ 149°C- 화학 저항* 오존, 산화물, 미네랄 오일(석유에서 얻은 액체 상태의 탄화 수소류의 혼합물)- NOT COMPATIBLE WITH* 케톤류, 연료, Rubber (CR )클로로프렌은 합성고무로 처음 개발 되었고 일반적으로 오존과 화학저항력이 좋다. 또한 넓은 온도 범위에서 좋은 기계적 특성을 가지고 있다. 씰 용재질로서는 결정화되기 어려운 타입의 크로로프렌 고무를 선정함과 함께, 특히 기체를 씰하는 경우 저온에 주위가 필요하다.- 온도 범위 : -40°C ~ 121°C- 화학 저항* 실리콘 오일과 그리스* 저온에서의 물* 냉매, 암모니아, 이산화 탄소- NOT COMPATIBLE WITH* 탄화 수소 (벤젠), 염화 탄화 수소* 케논, 에스테르, 에테르, 아세톤6) Chlorosulfonated Polyethylene (CSM)- 폴리에틸렌 고분자는 추가적으로 염소와 유황을 포합한다. 염소는 미네랄 오일에 재료의 저하을 제공하며 유연성을 향상 시킨다. 장점으로서는 내후성, 내오존성, 내약품성, 난연성등에 뛰어나고 내열성도 좋다.- 온도 범위 : -29°C ~ 121°C- 화학 저항* 산, 산화물, 실리콘 오일, 물- NOT COMPATIBLE WITH* 벤젠, 염화 탄화 수소7) Epichlorohydrin (CO, ECO)에피클로로히드린은 두 가지 유형이 가능하다. (CO, ECO) 두 가지 모두 미네랑 오일, 연료와 오존에 대한 저항이 좋다. 고온 저항도 우수하다. ECO는 좋은 유연성을 가지고 있다. CO는 기체 투과성에 대한 높은 저항력을 가지고 있다. 내유성이 뛰어남에 의해, 씰용 재질로써 적합하다.- 온도 범위 : -40°C ~ 135°C- 화학 저항* 미네랄 오일과 그리스* 프로판, 부탄, 연료* 실리콘 오일과 그리스* 상온상태의 물- NOT COMPATIBLE WITH* 염소화 탄화 수소* 케톤과 에스테르* Glycol을 기본으로 하는 브레이크 연료8) Fluorocarbon (FKM) - VITON플루오로카본은 높은 온도, 오존, 산소, 미네랄 오일, 합성 유압 유체, 연료, 많은 유기 용제와 화학 물질에 대한 우수한 내성을 가지고 있다.- 온도 범위 : -40°C ~ 204°C- 화학 저입의 우레탄은 유압 유체에 더 좋은 저항력을 가진다. Butyl과 비교해서 투과율은 좋다. 이들 각종 우레탄 공통의 특성은, 종래의 고무와 달라 고강도에서 더욱이 고탄성을 보이고, 기계적 강도가 크게 탁월한 내마모성을 가지고 있다. 또한 내유성, 내후성, 내오존성, 저온성 등도 뛰어나다.- 온도 범위 : -40°C ~ 82°C- 화학 저항* 프로판, 부탄, 연료* 미네랄 오일과 그리스* 실리콘 오일* 오존- NOT COMPATIBLE WITH* 케톤, 에스테르, 에테르, 알코올* HOT WATER, 증기, 알카리, 알민, 산13) Silicone Rubber ( Q, MQ, VMQ, PVMQ)실리콘 탄성체 그룹은 상대적으로 인장 강도, 찢어짐, 내마모성이 낮다. 하지만 많은 유용한 특성을 가지고 있다. 실리콘은 최대 232°C까지 좋은 내열성을 가지고 있고 아래로는 -59°C까지의 유연성을 가지고 있을 뿐만 아니라 단열 특성이 우수하다.- 온도 범위 : -59°C ~ 232°C- 화학 저항* 엔진 및 transmission oil* 121°C 이상의 고온의 수분과 증기* 산과 알카리* 아로마틱 광유* 탄화 수소 기반의 연료, 탄화 수소 (벤젠, 톨루엔)8. SEMI에서 FFKM을 사용하는 이유- 우수한 열적/화학적 저항성- 시장요구에 맞추어진 Special compounds.- 우수한 물리적, 씰링 능력- 우수한 진공 유지 능력- 우수한 플라즈마 저항성- 적은 유기적 오염 발생* 브레이크 오일 (비석유)* 내화 유압 유체* 일반적인 내수성9. Elastomer의 이해- Cross-link로 연결 된 긴-화학적 중합체로서 이러한 Cross-link는 탄성 및 복원력을 제공 한다.1) 탄성 회복력- 탄성체의 탄성 회복이나 탄력성은 압축과 하중이 제거 될 경우 원래 모양으로 되돌아가는 능력이 있다.10. O-RING의 Failure 유형1) Swelling 현상- 외부 화학적 입자들이 고무 분자에 침투하여 붓기의 원인을 제공한다. 이러한 침투는 온도가 높아 질수록,거나 플라스틱을가지고 가공하여 만들어진다. 그것들은 사용되어지는 장비나 부품 안에 Fluid나 Gasd통로에 장벽을 형성하도록 설계되어 진다. Barrier나 Sealing Action은 Sealing 표면에 매우 밀착하는 Sealing 재질의 특성에 의하여 이루어 진다. 그것은 Sealing 표면에 들러붙지 않고 주기적인 움직임이나 노화, 온도, 압력 화학 노출시 일정 기간 동안 본연의 성능을 유지하여야 한다.1) Seal Install의 세가지 형태- Dynamic seals : 진동, 회전과 같이 상호간에 움직임이 있는 부위에 장착된다.- Semi-dynamic seals : 상. 운동이나 Elevator이 있는 부위에 장착된다.- Static seals : 상호간에 움직임이 없는 부위에 장착된다. 그러나 대부분의 Static seals은 열팽창이나 진동등에 의해 움직임이 생길 수 있다. 이것은 축과 반지름 이라는 Sealing force의 두 방향에 따라 분류된다.2) O-ring 접촉면은 Dynamic seal의 수명에 중요한 역할을 한다. 설계자들은 seal이 접촉할 표면의 거침을 매우 주의 깊게 고려해야 한다. Dynamic seal의 경우 바람직한 표면 거칠기는 8~16 microinches이며 Static seal은 32 microinches를 초과해서는 안된다.3) 반도체 공정에 많이 사용되는 재료에 따른 분류- Perfluor(퍼플로) --칼레즈, 켐라즈과불소고무를 의미한다. 지구상의 고무 중에 최고의 기능성 재료이면서 가장 높은 불소 함유량을 가지고 있는 재료이므로, O-ring의 분자 결합도가 치밀 하여 내열도, 내플라즈마성, 내화학성이 그 어느 고무보다도 탁월한 기능을 가지고 있으며 이물질원, Out gasing, 메탈 오염이 가장 적은 것이 특징이며 내열도도 우수하다. 현재 한국씰마스타는 미국 듀폰에서 구입- Viton원래는 듀폰의 불소고무의 상품명으로 대명사화 되어서 불리워 지고 있는 고무다. 재료의 종류로서는 2원화 고무, 3원화ING

공학/기술| 2013.04.04| 13페이지| 3,500원| 조회(5,887)

고무, 소재, Viton, O-ring, 칼레츠, 칼레쯔, 바이톤, 씰링 고무

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수식언 및 독립언과 그 쓰임

제 7 장 수식언 및 독립언과 그 쓰임 7.2 부사 20033652 김보성목차 ●부사의 특징과 종류 ☞특징 ☞종류 ( 성분부사 , 문장부사 ) ●성분부사의 결합 순서부사의 특징과 종류 ① 형태가 변하지 않으면서 다른 말을 꾸며줌 ② 주로 용언을 꾸며주지만 문장 안의 다른 부사를 꾸며주기도 함 ③ 제한적인 조건에서 명사나 관형사를 꾸며줌 ④ 문장전체를 꾸며줌 ⑤ 격조사를 취하지 않는 것이 일반적이지만 , 보조사를 취할 수 있음가 . 그가 나에게 활짝 웃어 주었다 . → 용언 을 수식 나 . 그녀는 노래를 매우 잘 불렀다 . → 부사 를 수식 다 . 학교 바로 앞에 푸른 바다가 펼쳐져 있다 . → 명사 를 수식 라 . 오늘 그녀는 아주 새 옷을 입고 왔다 . → 관형사 를 수식 마 . 과연 그가 약속을 지킬 수 있을까 ? → 문장 전체 를 수식 바 . 음식을 많이도 먹었구나 . → 보조사 를 취함 특징종류 그러나 , 문장부사와 성분부사의 구별이 어려운 경우도 많다 . 예 ) 그녀는 매우 아름다운 사람이다 . → ‘ 매우 ’가 뒤에 오는 ‘ 아름다운’을 꾸미는 성분부사 인지 문장 전체를 꾸미는 문장부사 인 지 명확하지 않음성분부사가 . 잘 ( 먹는다 ), 높이 ( 난다 ), 빨리 ( 달린다 ) → 동사 나 . 매우 ( 춥다 ), 가장 ( 높다 ), 아주 ( 예쁘다 ) → 형용사 다 . 바로 ( 앞 , 뒤 , 위 , 아래 , ...), 겨우 ( 하루 , 하나 , ...), 아주 ( 부자 , 미인 , ....), 바로 ( 너 , 나 , 여기 , ...) → 명사나 대명사 라 . 아주 ( 새 , 헌 , ...) → 관형사 성상부사의 특수한 경우로 상징부사 가 매우 발달되어 있다는 것도 국어의 중요한 특성의 하나이다 . 가 . 첨벙첨벙 ( 물 위를 뛴다 ), 삐약삐약 ( 병아리가 운다 ), 보 글보글 ( 찌개가 끓는다 ) → 의성어 나 . 아장아장 ( 걷는다 ), 엉금엉금 ( 기어간다 ), 반짝반짝 ( 빛난다 ) → 의태어가 . 이리 , 그리 , 저리 , 요리 , 고리 , 조리 나 . 어찌 , 어디 , 언제 , ... 지시부사 중에는 ( 가 ) 처럼 지시 대상이 정해져 있는 경우도 있고 ( 나 ) 처럼 지시 대상이 명확하게 정해지지 않은 ‘미지’나 ‘부정’의 의미를 갖는 경우도 있다 . 지시부사는 지시관형사 내지 지시대명사인 ‘이 , 그 , 저 ,...’ 등과 체계적으로 형태적인 관련성을 보이기도 한다 .한편 명사 혹은 대명사가 상황에 따라 지시 부사적으로 쓰이는 경우도 있다 . (1) 가 . 어제 , 오늘 , 내일 , 모레 , ... 나 . 그녀는 어제 도서관에 있었다 . (2) 가 . 여기 , 거지 , 저기 나 . 거기 가려면 몇 번 버스를 타야 해요 ? (1 가 ) 는 기본적으로 명사 이지만 , (1 나 ) 에서는 문맥에 따라 부사 로 쓰인다 . 이와 마찬가지로 (2 가 ) 는 대명사 로 처리되 지만 , (2 나 ) 에서와 같이 조사가 없이 쓰이면 부사적 기능 으로 쓰인 것으로 볼 수 있다 .포괄하는 범위가 큰 것이 순서상 앞에 옴 → 문장부사 + 성분부사 지시부사 + 성상부사 + 부정부사 가 . 저리 잘 안 씻는 사람은 게으른 사람이다 . → 지시부사 , 성상부사 , 부정부사 나 . 파도가 매우 높게 일고 있다 . → 성상부사끼리의 결합 어찌 이리 아름다울 수 있을까 ? →지시부사끼리의 결합 성분부사의 결합 순서문장부사화자의 태도를 표시하는 부사를 말하는데 , 성분부사와 달 리 위치 이동이 비교적 자유롭다 . 양태부사문장과 문장 , 단어와 단어를 이어 주는 부사이다 . 양태부 사와 달리 문장 안에서의 위치 이동이 자유롭지 못하다 . 가 . 그리고 , 그러나 , 그러면 , 그러므로 , .... → 정형적인 문장부사 나 . 곧 , 즉 ( 卽 ), 또 , 또한 , 더구나 , 오히려 , 하물며 , 따라서 , ... → 양태부사와 구별이 쉽지 않은 것 다 . 및 , 또는 , 혹은 → 단어와 단어를 이어 주는 부사 접속부사 그러나 , 접속부사 는 과연 부사인지 명확하지 않은 면이 있다 . 부사라면 특정한 문장 성분이든 문장 전체이든 특정 요소를 수식해야 하는데 문장부사는 수식 여부가 명확하지 않다 .발표를 들어주셔서 감사합니다 .{nameOfApplication=Show}

인문/어학| 2011.06.10| 14페이지| 1,500원| 조회(211)

부사, 독립언, 수식언, 성분 부사, 문장부사

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압전세라믹의 결정구조및 응용분야.

목차1.압전 세라믹스란...p12.압전 세라믹스의 소재의 특징...............p13.압전 세라믹스의 결정 구조..p14.압전 세라믹스의 응용.......p2~35.참고 문헌.............p3주제 : 일상생활 속의 세라믹 부품을 주제로 정하여, 그 부품의 조성, 주 소재의 결정구조,기타 용도와 필요한 특성을 조사하라.1. 압전세라믹스란?압전 세라믹스는 압력이 가해졌을 때 전압을 발생하고, 전계가 가해졌을 때 기계적인 변 형이 일어나는 소자로서 기계적인 진동에너지를 전기 에너지로, 전기에너지를 기계적인 진동에너지로 상호 변환이 가능하며 변환효율이 매우 높은 재료이다.진동을 전기적인 에너지로 변환할 수 있는 원리를 이용해 가속도 센서 등으로 응용하고, 가청영역의 소리를 전기에너지와 상호 변환할 수 있는 원리를 이용해 레코드 디스크의 픽업, 마이크로 폰, 스피커, 버저 등의 소자로 이용된다.또한 초음파를 투과하고 받을 수 있으므로 초음파 센서의 프루브(Probe), 어군탐지기 등으로 사용된다. 외부로부터 힘이나 압력을 받으면 고전압 스파크를 발생시킬 수 있어 가스 기기의 ignitor와 압전 변압기에 응용 된다. 기타 응용제품으로는 세라믹 필터, delay line, 초음파 세척기, 초음파 가공기, 초음파용착기, 초음파 가습기 등 여러 방면에서 활용되고 있다.압전세라믹스는 초음파 응용기기 분야의 핵심 기초소자로서 응용분야에 따라 요구되는 특성이 매우 상이하며 정밀한 제조공정 제어가 필요하다.2. 압전 세라믹스의 소재의 특징- 다양한 응용분야에 적합한 최적 조성을 바탕으로 다양한 사양의 세라믹스 공급- 미세한 미세구조의 제어로 높은 기계적인 특성- 주문자가 원하는 형태(Design)와 사양의 소자 공급 가능- 우수한 전기적, 기계적 특성3. 압전 세라믹스의 결정구조페로브스카이트(Perovskite)페로브스카이트는 부도체, 반도체, 도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는 특별한 구조의 금속산화물을 말한다. 다양한 물리성질을 갖고 있어 차세대 DRAM, 차세대 비휘발성 메모리재료, 연료전지 전극재료 등 중요한 분야에 응용되고 있다. 수십 GPa를 넘는 초고압 환경에서의 페로브스카이트 구조는 매우 흔한 구조인데, 그 구조에서는 원자를 일정장소에 조밀하게 가득 채워 넣을 수 있다.금속산화물은 금속이 산화돼 금속이온과 산소이온이 특정한 비율로 결합된 고체물질이다. 그러나 실제로 산화물은 금속과 산소이온의 비율이 화학식처럼 정확하지 않고 산소이온의 비율이 낮다. 금속에 산소이온이 붙을 자리에 산소이온이 빠진 자리가 발생하기 때문인데 이를 산소결함이라고 부른다. 산소결함은 산화물의 물리적 성능에 크게 영향을 미쳐 산화물을 이용한 전자소자의 성능을 결정한다고 알려져 있다.구조페로브스카이트 산화물이란 ABO3의 구조를 지니는 물질로 BaTiO3, SrTiO3, KTaO3, KNbO3, NaNbO3 등의 강유전체 화합물로 제작되어 세라믹 재료로 널리 이용되고 있다. 강 유전체의 생성은 대부분 고체내의 상전이나 결정격자의 불완전 배열에 의해 일어나며 상전 이 온도는 물질에 따라 1000℃부터 극저온 사이에 분포한다. 페로브스카이트형 산화물은 저온영역에서 자발분극이 발생하거나 압전성을 나타내기 때문에 상전이 온도인 큐리에 온도와 그 부근에서 일반적인 강유전체보다 훨씬 높은 유전율을 가진다. 또한 단결정의 산화물이지만 대체로 다결정의 특성을 보이고 화학적으로 안정하다.fig.1 페로브스카이트 구조를 갖는 대표적 물질인 BaTiO3의 격자구조4. 압전 세라믹스의 응용초음파 진동자초음파 진동자에는 초음파를 발생시키는 음원에 따라서 자왜형, 압전· 전왜형 및 전자형 진동자등이 있으며, 현 재압전·전왜형중 볼트 체결형란쥬반진동자(Bolt-clamped Langevin Transduce r : BLT)를 가장 많이 사용 하고 있다. 공진주파수에 따라서도 28kHz, 40kHz, 50kHz, 60kHz 등으로 구분된다. 28kHz 및 40kHz 단주파 진동 자의 경우 Ring Type의 압전소자 2매를 서로 마 주 보도록 설치한 후 전기적으로 병렬로 연결하고 상단 및 하단에 금속 block을 부착하여 전체를 볼트로 조인 구조를 갖는다.압전소자는 구동회로로부터 구동 신호를 인가 받아 기계적인 진동으로 변환시켜주는 역할을 하며 이때 구동주파수는 압전시편의 공진 주파수가 아니라 조립된 상태에서의 공진 주파수로 인가되므로 양자 사이에는 상당한 차이가 있다. 실제로 28kHz 및 40kHz 진동자에 있어 압전 시편 자체는 동일한 물성 및 크기를 가지며 주파수의 차이는 금속 block부위의 형상에 의해 좌우된다. 압전 시편 하부의 금속 block은 mass로서 압전시편에서 두께모드로 발생한 미소 진동의 진폭을 증폭시키는 역할과 진동자에서 발생한 열을 흡수, 냉각시키는 역할을 한다.압전 소자 상부의 금속 block은 압전소자에 비해 현저히 낮은 음향 Impedance를 지니며, 압전 소자에 의해 상하 양방향으로 발생되는 초음파중 상방향으로의 wave를 반사시켜 하방향으로 합산되도록 하는 역할을 한다.Mass와 Booster는 압전세라믹스 소자에서 두께 모드로 발생한 미소 진동의 진폭을 증폭시키는 역할과 진동자에서 발생한 열을 흡수, 냉각시키는 역할을 한다. Horn은 booster를 통해 증폭된 초음파를 다시 증폭시키는 역할과 초음파를 집적하여 대상체에 전달하는 역할을 한다. 이들 금속 부품 들은 모양, 치수, 질량 등의 설계에 따라 구동주파수와 진동 모드에 영향을 미친다. 이는 정확한 설계와 제작 방법이 필요하다. 현재 초음파 진동자는 세계 여러 곳에서 개발이 되어 초음파 유화기, 세포파쇄기, 초음파 세척기 용으로 극해 제한된 응용이 이루어지고 있다. 그러나, 연속 가동시 발열 문제와 공진 주파수가 시간에 따라 변화함에 따라 작동이 되지 못하는 경우가 허다하다. 또한 실제 진동자가 낼 수 있는 출력보다 훨씬 높은 출력을 요구하는 경우가 많아 진폭 증대를 위해 극히 고배율의 혼을 사용하고 있다. 실제 혼의 경우는 1:1 비율이 가장 이상적이나 진폭의 증대를 위해 어 떤 경우는 10:1 정도의 혼을 사용하는 경우도 있어 진동자가 견디지 못하고 파손되는 경우가 많다. 또한 출력의 증대를 위해 과도한 전압과 전류를 인가해서 사용하는 경우도 허다하다.초음파를 발생시키는 초음파 진동자로 현재 가장 많이 이용되는 것은 초음파 세척기, 초음파 용착기용 진동자이다.

공학/기술| 2011.05.21| 5페이지| 1,500원| 조회(515)

압전세라믹, 압전재료, 페로브스카이트, 세라믹 응용

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Sol-gel법에 의한 실리카 나노 분말 제조 및 소성 후 특성 분석

Sol-gel법에 의한 실리카 나노 분말 제조 및 소성 후 특성 분석김덕영, 설광희, 김동희, 김보성동의대학교. 나노공학과서론1. 실험의 배경 및 필요성나노기술이라함은 나노미터(nanometer, 10억분의1)수준에서 물질 혹은 소자를 다루는 극미세 기술을 총칭하는 것으로서, 물리, 화학, 생물, 재료 등 여러 학제간 과학기술이 서로 융합해서 이루어지는 기술이다. 재료적인 관점에서 보면 수 개 내지 수백 개의 원자 혹은 분자 크기를 갖는 소재를 다루는 기술에 해당한다. 우리가 알고 있듯이 물질의 성질을 결정하는 최소 단위는 분자이므로 나노소재기술은 현재의 과학상식으로는 마지막 소재기술이라 할 수 있다. 재료분야는 금속재료, 세라믹 재료, 고분자재료, 등 다양한 분야로 세분될 수 있고 각 재료 분야에서 관심을 갖는 대상의 크기도 다르다.나노소재는 분말 형태, 튜브 내지는 휘스커 형태, 박막 형태, 벌크 형태 등 다양한 형태를 가질 수 있다. 이 중 가장 보편화되어 있고 가장 많은 연구가 진행되고 있는 분야가 나노분말 분야이다.나노분말 소재가 많이 연구되고 있는이유는 다양한 합성법에 의해 비교적 쉽게 제조될 수 있다는 점과 여러 분야에 걸쳐 효용성이 매우 높다는 점 때문이다. 예를 들어 본 실험에서는 미세 실리카분말을 제조 하였다. 미세 실리카분말을 제조하는 공정방법은 값싼 실리카 광물질을 분쇄하여 제조하는 방법과 염화실리카를 기상반응으로 분해하여 제조하는 방법 등이 있다. 본 실험에서는 물유리를 원료로 하여 미세입자 실리카를 제조하는 방법을 선택하여 논문을 재현해보려 했다. 물유리를 원료로 하여 미세입자 실리카를 제조하는 방법은 이미 일반화된 것이며 그중에서도 졸-겔 방법은 가장 흔하게 사용되고 있는 방법 중의 하나이다.본 실험에서는 값싼 물유리를 출발원료물질로 하여 초미세 나노 실리카 분말을 제조하는 공정기술에 관하여 연구한 논문을 재현함과 동시에 더 나아가 소결시 입자의 성장과 grain boundary 를 통해 소결 전과 후의 결정성을 알아본다.실험 방법 및 내용1. 실리카겔의 제조본 실험에서는 원가가 가장 저렴한 물유리와 염산용액을 이용하여 졸-겔 방법으로 최소의 입자를 제조하는 것이 목적이다. 반응의 주원료로 사용된 물유리의 최초 농도는 물유리(50wt%,Na2SiO3)=122g,염산(35wt%,HCl)=105g 을 상온에서 자력 교반기로 3시간 섞어주었다. 상온에서 실험을 한 이유는 재현하려는 논문에서 상온에서 제조 시 입자가 더 작고 균일하기 때문이다. 핫플레이트 위에서 중탕으로60℃로 가열하여 2일 후에 겔을 생성 시켰다. [1]졸겔법에 의한 초미세 실리카 분말 제조 및 입자제어에 관한연구/한서대학교/유정근외3명/2007.05.31/p63.22~232. 실리카겔의 세척물유리와 염산과 반응시키면 실리카겔이 형성되는데 여기에는 다음과 같은 반응에 의해 NaCl이 다량 혼합되게 된다.Na2SiO3+H2O+2HCl ───→Si(OH)4 + 2NaCl따라서 순수한 실리카입자의 제조를 위해서는 이를 완전히 세척해주어야 한다. 본 실험에서는 물유리와 염산과 반응시켜 실리카겔을 형성시킨 후 여기에 함유되어있는 NaCl 제거하기위해 이를 여과포를 이용하여 여과하고 얻어진 고상의 실리카겔에 다시 물을 가하고 여과를 총 5회 반복함으로서 함유되어있는 NaCl을 제거하는 것으로 진행시켰다. 1회 세척시 150ml 증류수를 사용하였다.3. 실리카겔의 탈수물유리와 염산을 반응시켜 실리카겔을 제조하는 경우 이를 완전한 분말형태의 입자로 만들고자하는 경우 이에 함유된 수분으로 인해 건조 시 실리카입자의 엉김현상이 나타나 실리카 입자가 커지거나 뭉치는 현상이 생긴다.[2]졸겔법에 의한 초미세 실리카 분말 제조 및 입자제어에 관한연구/한서대학교/유정근외3명/2007.05.31/p37.3~5 따라서 생성된 실리카겔중의 수분을 제거한 후 이를 건조시켜야하는데 실리카겔중의 이러한 수분을 제거하기 위해 용매를 이용한 접촉식 탈수공정 방법을 선택하였다.표본이 되는 논문에서는 butanol, propanol, ethanol,을 사용하여 각 유기용매의 영향에 대해서 연구되었다. 물과 가장 혼합성이 적은 butanol을 이용하여 3회 혼합시켰을 경우의 결과가 가장 우수하였고, 수십 나노크기의 실리카입자와 수 마이크로급의 실리카 입자가 함께 형성되어 혼합되어있는 형상을 확인할 수 있었다.[3]졸겔법에 의한 초미세 실리카 분말 제조 및 입자제어에 관한 연구/한서대학교/유정근외 3명/2007.05.31/p38.9~13여기서 우리는 가장 결과가 우수한 유기 용매인 butanol을 선택하여 무게비로 약 2배양의 유기용매와 교반기에서 30분간 물리적으로 혼합시키고 이를 다시 여과하여 유기용매와 실리카겔을 분리하고 실리카겔에 다시 새로운 유기용매를 가하여 또 혼합과정을 반복하였다. 이렇게 3회 반복 후 유기용매를 제거하기 위해 120℃에서 3시간동안 건조시키고 500℃에서 5시간동안 충분히 소성시킨 후 실리카 분말을 얻었다.4. 실리카겔의 분쇄본 실험에 의해 물유리와 염산의 반응에 의해 생성되고 세척된 실리카겔은 입자의 크기가 매우 불균일하다. 이것이 이 실험에 가장 치명적인 단점이다. 이러한 단점을 해결하기 위해 표본으로 하는 실험에서는 초음파 분쇄기를 사용용하여 10분~15분 정도 분쇄하였다.5. 분말 성형(pellet 제조)분쇄된 분말을 압력 12MPa, 시간 25초를 주어 질량: 0.39g, 높이: 0.311mm, 지름: 1.2mm의 pellet을 3개 제조하였다.6. 소성제조된 pellet 두 개를 1150℃에서 1시간 유지 시키고 또 나머지 한 개를 1250℃에서 1시간 유지하는 무가압 소결법을 선택하였다.결과 및 고찰우선 pellet 제작 시 여러 차례 시도로 매우 힘들었다. 그 이유는 나노분말은 비표면적이 대단히 커서 금형내 충진성이 대단히 나쁘다. 따라서 일정한 형상을 갖도록 분말을 직접 높은 밀도로 건식 성형하는 것이 대단이 어렵다는 것을 알게되었다.[4]나노 분말 소재/한국 과학 정보 기술 연구원/2002.12/p28,4~5제작 된 3개의 pellet은 다른 온도에서 소성되었다. 처음온도 1150℃에서 소성된 pellet은 상대밀도 77.1%, 수축률은20%가 나왔다. 여기서 본 실험은 소성 전과 후의 결정립 성장과 grain boundary를 자세히 관찰하기 위해 소결체 밀도가 90%이상이 되어야한다.[5]나노 분말 소재/한국 과학 정보 기술 연구원/2002.12/p31,4~6그래서 본 실험에서는 1250℃에서 다시 pellet을 소성하였다. 그러나 예상과는 달리 crack이 생김과 동시에 약간의 휨 현상이 나타났다. 이것은 충진성이 나쁜 나노분말이 성긴 상태로 충진되어 있어서 가압시 부피축소가 대단히 크게 발생(가압시 이동거리가 길어짐)하기 때문에 나타나는 현상이다. 또한 나노분말이 충진된 성형체는 매우 미세한 모세관을 갖고 있기 때문에 이를 통한 수분 또는 고분자 성분의 제거에 대단히 긴 시간이 필요하다. 온도를 높여 이들 성분을 빠르게 제거하고자 할 경우 성형체 내부에 발생된 가스가 빠져나가지 못하고 압력이 증가하여 성형체 내부에 기공을 형성하거나 성형체가 파열되는 결함이 발생한다.[6]나노 분말 소재/한국 과학 정보 기술 연구원/2002.12/p30,3~7따라서 1250℃에서 소성을 한 시편과1150℃에서 소성한 시편의 밀도 차이도 없었다. 따라서 본 실험에서는 시편1을 선택하여 SEM와 XRD를 촬영하여 소성전과 소성후의 입자 성장과 grain boundary를 살펴보았다.위 그림에서 볼 수 있듯이 소성 전 과 소성 후의 입자 성장이 크게 변했다는 것을 알 수 있다. 그리고 소성 전에는 기공이 많았지만 소성 후에는 입자의 치밀화에 의해 기공의 양도 많이 줄어든 것을 볼 수 있다. 소성 후에 grain boundary를 전반적으로 걸쳐 볼 수있다. 소결 시간을 1시간을 주었지만 그 이상으로 소결 시간을 주었다고 가정한다. 그 결과는 조직이 조금 더 치밀화 되는 동시에 결정립은 빠르게 성장할 것이다. 즉 소성 시간에 따라 결정립의 차이를 관찰 할 수 있다.[7]나노 분말 소재/한국 과학 정보 기술 연구원/2002.12/p31,9~10[8]나노 분말 소재/한국 과학 정보 기술 연구원/2002.12/p32,Fig 2-5분말은 500℃에서 소성을 하였는데Fig 2. 처럼 peak가 나타나지 않아 의문점을 갖게 되었다. 이것은 분말 실리카의 상전이 온도에 도달할 만큼의 온도가 가해지지 않아 비정질 상태로 존재했기 때문이라고 생각한다.

공학/기술| 2008.12.04| 8페이지| 2,000원| 조회(1,746)

분말, 실리카, 나노분말, SOL-GEL, 치밀화

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