• 비파괴검사학회지
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• 제33권2호
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• pp.129-137
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• 2013

나노압입시험기의 힘교정과 압입자에 대한 3차원 형상 관찰 및 분석이 본 연구에서 진행되었다. 표준분동으로 교정한 마이크로밸런스로 나노압입시험기에서 발생시킨 하중을 측정하여 측정치와 발생치의 비로 압입하중을 교정하였고, 나노압입시험의 시작점인 초기 접촉 하중도 확인할 수 있었다. 삼각뿔 압입자를 원자현미경으로 관찰하여 분석한 결과 비교적 사용이력이 없는 압입자 A와 마모된 압입자 B의 첨단곡률반경은 각각 $19.71{\pm}3.03$ nm와 $1043.94{\pm}50.91$ nm로 결정되었다. 완벽한 삼각뿔 압입자 형상과 중첩하여 압입자 A와 B의 첨단무딘깊이(bluntness depth)를 1.22 nm와 64.56 nm로 결정하였고, 용해실리카 기준시편에 수행한 나노압입시험 결과를 살펴본 결과 두 압입자의 압입하중-변위곡선들이 무딘깊이 차이만큼 수평축으로 서로 어긋나 있음을 확인할 수 있었다. 수평 이동을 통해 보정된 압입곡선의 분석을 통해 개별 압입자 면적함수에 대한 고려없이 1.11 % 이내에서 동일한 용해실리카의 나노경도를 결정할 수 있었다.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2004년도 춘계학술대회 논문요약집
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• pp.133-133
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• 2004

박막이나 초미세 구조체의 경도 및 탄성계수 측정을 위한 나노 압입실험에서는 Oliver ＆ Pharr가 제안한 하중-변위 측정 나노압입법이 널리 쓰이고 있다 위 실험법에서, 나노경도(nano-hardness; H$_{n}$)는 최대하중을 계산된 접촉면적 (A$_{c}$)으로 나누어 평가하고, 압입자 및 박막의 탄성성질을 포함하는 환산 탄성계수 (reduced modulus ; E$_{r}$)는 하중제거곡선의 초기 기울기인 접촉탄성강성 (S)를 이용하여 계산한다. 그러나, 하중-변위 측정 나노압입법에서는 탄성 및 소성변형만이 고려되고 시간 의존적 변형거동 (time dependent deformation; TDD)은 고려되지 않는다.(중략)

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2003년도 추계학술발표강연 및 논문개요집
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• pp.38-38
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• 2003

최근 나노기술의 발달과 더불어 나노재료에 대한 특성평가 요구가 높아지고 있고, 따라서 나노스케일로 재료의 기계적 거동을 분석할 수 있는 나노인덴테이션 기법이 심도있게 연구되고 있다. 본 연구에서는 나노인덴테이션을 이용하여 여러 가지 재료의 탄성 소성 변형 거동을 관찰 조사하고 이를 다시 유한요소법(FEM)으로 모사하여 해석하였다. 나노인덴테이션으로 재료 표면에 압입하여 탄소성 변형을 일으켰으며 이때의 가하중과 변형깊이를 측정하여 하중-변형 곡선을 얻었다. 매우 작은 접촉응력 조건하에서는 탄성변형의 비율이 매우 높았는데 하중-변형 곡선으로부터 재료의 나노 경도와 탄성 계수값을 얻을 수 있었다. 실험적으로 얻은 하중-변형 곡선을 3 차원의 유한요소법(FEM)을 이용하여 모사하였는데 상호간에 매우 근접한 결과를 얻을 수 있었다. 이 때 압자의 모양, 압입 깊이, 재료의 종류, 둥을 변수로 하여 여러 가지 조건하에서 압입실험을 하였으며 그 결과를 유한요소법으로 모사하였다.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2003년도 추계학술대회 논문요약집
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• pp.273-273
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• 2003

나노인덴테이션은 압자를 수 $\mu\textrm{N}$의 힘으로 시편에 압입을 시켜 재료의 경도나 탄성계수와 같은 기계적 특성을 평가하는 압입경도 시험법이다. 압입 변위를 나노미터범위로 조절할 수 있어 기존에 접근할 수 없었던 박막의 기계적 특성을 평가하는데 응용이 넓어지고 있다. 본 연구에서는 나노인덴테이션에서 제공되는 하중-변위곡선과 유한요소해석의 결과를 비교하여 유한요소해석의 신뢰성을 검증하고, 유한요소해석에서 여러 가지 재료의 특성에 따른 파일업과 싱크인 현상을 규명 하고자 한다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2003년도 춘계학술발표강연 및 논문개요집
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• pp.244-244
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• 2003

나노인덴테이션은 시편에 압자를 침투시켜 재료의 기계적 특성을 파악할 수 있는 경도시험법이다. 압입범위를 나노미터범위로 조절할 수 있어 기존에 접근할 수 없었던 극 미소부분에로 응용이 넓어지고 있다. 경도시험시 재료의 탄성 및 소성 작용에 의해 재료는 변형되고, 표면변화 관찰을 통해 표면아래 부분에서 이루어지고 있는 거동을 예측할 수 있다. 이러한 관점에서 나노인덴테이션 시험시에도 발생하는 파일업과 싱크인 현상에서 재료가 나노미터 범위에서 어떠한 양상으로 변형을 하는지를 고찰하는 것은 의미가 있을 것이다. 본 연구에서 파일업과 싱크인의 양상을 파악하고 그 양을 정량화하기 위하여 가공경화양에 따른 표면변화와 압입하중 변화에 따른 표면변화를 관찰하였다. 어닐링한 봉상 알루미늄을 압축변형을 0%, 5%, 20%, 40%, 50% 로 변형시켜 가공경화를 일으켰고, 표면은 전해연마하여 나노압입시험이 가능하도록 하였다. 각각의 시편을 나노인덴테이션 압입하중을 변화시켜 재료에서 하중 변화에 따라 나타나는 표면변화를 관찰하였고, 위의 각 조건에서 파일업양을 정량화 하였다. 연구결과에 대해 ANSYS 유한요소분석 프로그램을 사용하여 재료의 변형양상을 시뮬레이션 하였고, 실제 실험데이터와 비교 분석하였다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2005년도 창립60주년 기념 추계 학술대회
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• pp.231.2-231.2
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• 2005

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권2호
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• pp.117-123
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• 2012

본 연구에서는 벌지 실험과 나노 압입 실험을 통해 박막의 기계적 물성을 측정하였다. 벌지 실험은 외적 지지구조를 가지지 않는 박막 시편의 한 면에 일정한 압력을 가하여 박막의 변위를 측정, 압력과 변위의 관계를 이용하여 박막의 기계적 물성을 측정하는 실험이다. 나노 압입 실험은 시편에 압입 방향으로의 하중과 시편의 표면으로부터 압입자의 깊이에 대한 데이터를 통하여 시편의 기계적 물성을 측정하는 실험으로 modified King's model 을 이용하여 모재의 영향이 고려된 박막의 물성을 구할 수 있다. 두 실험은 탄성 계수와 푸아송비의 수학적 관계가 다르기 때문에 벌지 실험과 나노 압입 실험결과로부터 박막의 탄성계수와 푸아송비를 동시에 측정할 수 있다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.182-182
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• 2010

나노 소재의 물성을 측정하기 위하여 대부분의 연구 구룹에서는 크게 두 가지 분석 기법인 분광학을 이용한 분석과 나노트라이볼로지를 이용한 분석을 사용하고 있다. 분광학을 이용한 분석에는 NMR, IR, Raman, SEM, TEM 등이 대표적이라 할 수 있고, 나노트라이볼로지를 이용한 분석에는 AFM, EFM, KFM, Nano-indenter 등의 탐침을 이용한 측정 기법이 대표적이다. Nano-indenter는 물질의 탄성 및 경도를 측정 할 수 있으며 이를 통해 물질의 특성을 연구하는데에 사용된다. 그러나 이런 Nano-indenter의 압입 실험에서는 그 결과값이 압입 조건 등의 통제변수의 함수가 될 것이다. 이를 확인하고 변화값의 parameter를 추출하기 위하여 본 실험에서는 이런 압입 조건 중 Load - Hold - Unload force의 속도 및 시간을 변화시켜 물질의 탄성계수와 경도가 어떻게 변하는지에 대한 역학관계를 연구하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제28권3호
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• pp.304-310
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• 2004

In this paper, cracking threshold for nanoindentation is analyzed by using 3D finited-element method. The analysis by maximum principal stress criterion can obtain the reliable results for determining to crack initiation location and load. Because the ratio of maximum principal stress to indentation depth for Victors indentation is smaller than flat-plane-column indentation and cracking for Victors indentation occurs from the inner part of specimen difficult to measure crack length, the nanoindentation facture test for flat-plane-column indentation is more effective.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권12호
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• pp.98-106
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• 2016

본 연구는 공업용 응용이 많은 알루미늄 또는 구리와 같은 재료를 나노 압입 시험기에 의하여 탄생계수 및 경도 값을 얻을 때 파일-업(pile-up) 현상이 생기는 경우 계측 값을 교정할 수 있는 방법에 대해 다룬다. 나노 압입 시험기에 의해 얻어지는 탄성계수와 경도의 측정치는 접촉면적의 피팅 (fitting) 식에 의존하게 되는데 이는 오로지 싱크-인(sink-in) 재료에만 유효하다. 그러므로 싱크-인이 아닌 파일-업인 많은 무른 공학재료들에 있어서는 그 접촉면적이 실제보다 적게 계산되고 따라서 탄성계수와 경도는 높게 계산된다. 본 연구에서는 이미 탄생계수를 알고 있는 파일-업 거동을 보이는 재료의 경우에 경도 값을 교정하는 방법을 제안한다. 이 방법을 경금속인 Al 6061 T6와 C 12200에 적용하기 위해 인장시험, 나노 압입시험, 압입자국 측정, 그리고 유한요소해석을 수행하였다. 압입 자국 측정과 유한요소해석을 흥하여 두 재료 모두 파일-업 거동이 발생하는 것을 알 수 있었다. 제안한 교정 방법은 싱크-인 접촉면적 값을 파일-업 접촉면적 값으로 늘려 주었고 경도 측정값을 낮추어 주었다. 교정된 경도 값은 별도의 연구에서 다룬 변형률 구배 소성을 고려한 유한요소해석 결과와 잘 일치하였다.