본 연구는 보론이 첨가된 저합금강 용접 열영향부에서의 보론 편석 거동 연구를 위해 보론이 10ppm 첨가된 저합금강을 이용하여 다양한 용접 입열량 및 외부 응력에 따른 용접부 CGHAZ의 보론 편석거동을 분석하였다. 이를 위해 Gleeble 시스템을 이용하여 다양한 입열량에 따른 CGHAZ를 열 및 열-응력 사이클을 통하여 재현하였다. 재현된 시편의 미세조직은 OM을 통하여 분석하고, 보론의 편석거동을 SIMS와 PTA 분석법을 통하여 분석하였다. 그 결과 입열량에 따른 보론의 편석 거동은 최초 입열량이 증가함에 따라 보론의 편석이 증가하다가 다시 감소하였는데 이는 비평형 편석 후 고온에서 유지시간이 길어짐에 따라 back diffusion 발생에 따른 영향으로 판단된다. 또한 외부 응력에 의한 보론 편석 거동 분석 결과, 용접 열 사이클 중 작용하는 외부 응력에 의해 결정립계 편석 감소하였는데 이는 외부 응력에 의한 오스테나이트 결정립 크기 감소에 따른 결정립계 증가의 영향으로 판단된다.
핵융합로에서 챔버 벽면의 보호와 입자 문제를 해결하기 위해 최근 챔버 벽면의 보론 박막 코팅에 대한 연구가 활발히 연구 중이다. 핵융합로 운전 시 챔버 벽면 부근의 플라즈마는 저온 플라즈마와 상태가 비슷해 저온 플라즈마에서의 표면분석 기술을 적용할 수 있다. 이를 이용해 보론이 증착된 벽면의 상태를 실시간으로 관찰할 수 있다. 본 연구에서는 이에 앞서 저온 플라즈마에서 보론이 증착된 시편을 가지고 두께를 측정해 보았다. 증착 시편의 훼손된 부분은 보정법을 이용하여 보정하였다. 측정 결과 보정 전에는 시편마다 많은 차이를 보였지만 보정 후에는 거의 일정한 결과를 얻었으며 광학적 방법에 의해 측정한 두께와도 비슷한 결과를 얻었다. 저온 플라즈마 실험 결과 보론 박막 측정에 대한 신뢰성을 확인하였으며 이를 바탕으로 KSTAR의 벽면 진단에 적용함으로써 핵융합 플라즈마의 불안정성을 간접적으로 측정할 수 있는 가능성을 확인하였다.
보론을 함유한 광석이나 2차자원으로부터 보론을 효과적으로 회수하기 위한 습식공정을 개발하기 위해서는 수용액에서 보론산의 농도분포 자료가 필요하다. 보론산은 pH 6 이하의 용액에서 $B(OH)_3$로, pH 12 이상의 용액에서는 $B(OH)_4{^-}$로 존재한다. 그러나 pH 6에서 11사이의 범위에서는 $B(OH)_3$와 $B(OH)_4{^-}$간의 중합체 형성반응이 일어난다. $B_3O_3(OH)_4{^-}$, $B_4O_5(OH){_4}^{2-}$와 같은 중합체의 몰분율은 보론산의 농도에 비례한다.
본 연구의 목적은 열처리 전 후의 보론강 레이저 용접성을 비교하는 것이다. 일반적으로 보론강이 핫스탬핑 공정에 사용되고 있으며, 핫스탬핑 공정은 강판을 오스테나이트 온도까지 가열한 후 성형과 동시에 냉각하는 방법이다. 열처리후 보론강은 1500 MPa 이상의 고강도를 가진다. 따라서 본 연구에서는 보론강 및 핫스탬핑강의 레이저 용접성을 조사한 후 비교하였다. CW 디스크 레이저를 이용하여 레이저 출력 및 용접속도를 변화시켜가며 맞대기 및 겹치기 용접을 실시하였다. 맞대기 용접 결과, 핫스탬핑강에서 완전 용입을 얻을 수 있는 임계냉각속도가 보론강보다 낮았으며, 겹치기 용접결과 완전 관통이 일어난 용접 조건에서는 접합부 폭은 용접속도와 관계없이 거의 유사하였다.
Boron-rich Layer (BRL) 는 결정질 실리콘 태양전지를 제작하는 과정 중 보론 확산 공정 시 형성된다. 본 연구에서는, n-type 실리콘 태양전지에서 BRL의 구조적, 광학적, 전기적 특성을 조사하였다. 보론 에미터는 튜브 형식의 열처리 로에서 $950^{\circ}C$의 온도 하에서 BBr3 액상 소스를 이용하여 형성하였다. BRL은 비정질 상을 보였고, $1023atoms/cm^3$이 넘는 보론 농도를 나타내었다. BRL은 보론, 실리콘, 산소로 구성되었고, 산소는 비정질 상 형성의 원인으로 추정되고 있다. BRL은 1.5~2.0의 굴절률을 나타내었고, $0.8m{\Omega}{\cdot}cm^2$의 접촉 저항을 보였다.
열간성형된 보론강판은 고강도특성이 필요한 자동차 부품에 널리 적용되고 있으며, 최근에는 샤시 부품에도 점차로 적용되고 있다. 샤시 부품으로 적용되기 위해서 고강도 특성뿐만 아니라 내피로특성이 동시에 요구되고 있어, 본 연구에서 열간성형된 보론강판의 저주기 피로특성을 연구하였다. 저주기 피로시험결과, 총변형률 진폭이 낮은 영역에서는 열간성형된 보론강의 피로수명이 현저히 높았지만, 높은 총변형률 진폭에서는 열간성형된 보론강의 마르텐사이트 조직특성인 낮은 연성과 파괴인성으로 인해서 보론강 원소재의 피로수명이 더 높음을 확인할 수 있었다.
최근 차체 경량화를 위한 여러 가지 방법 가운데 고온에서 가공하여 성형성을 확보하고, 이후 열처리를 통하여 고강도를 가질 수 있는 프레스 열간 성형 및 핫스탬핑 기술이 각광을 받고 있으며, 이에 따라 핫스탬핑용 재료인 보론 첨가 강판의 수요도 늘어나고 있는 추세이다. 본 연구에서는 핫스탬핑용보론 첨가 강판의 우수한 경화능을 보이는 임계 최적 열처리 조건을 파악하고자, Al+Si 코팅이 된 보론강판을 각기 다른 온도로 열처리하여 수냉 조건에 따른 기계적 특성 및 조직을 관찰하였다. 또한, 이 결과를 토대로 선별된 기계적 특성이 우수한 보론강 시험편과 일반 냉연 강판인 SPRC 340과 SPRC 590 2종류의 상대재를 활용하여 특정 점용접 조건에서 용접을 실시하고, 보론강 및 상대재의 기계적 특성 변화에 따른 용접 후의 기계적 특성 및 조직, 그리고 코팅층 유무에 따른 특성 변화를 연구하였다.
가스발생기의 고 효율화를 위해 고에너지 물질인 보론을 사용한 보론 비드의 비드 입도 및 성분에 따른 연소특성을 조사하였다. 본 연구는 전기적으로 가열 된 텅스텐 시트와 가시화된 전기로를 사용하여 각각 점화온도와 연소 시간을 측정하고, 고속 카메라로 연소 과정을 측정하였다. 실험 결과 점화 온도는 720~800 K 이며, 연소 시간은 보론 비드 직경에 비례하는 것으로 관찰 되었다. 온도와 복사강도 측정값을 사용하여 보론 입자의 점화 지연시간이 존재한다는 것을 확인하였고, 이를 통해 보론 비드의 전반적인 연소 메커니즘을 이해할 수 있었다.
Poly(dimethyl siloxane)(PDMS, 실리콘 고무)의 열전도도 향상을 위하여 보론 나이트라이드과 탄소나노튜브를 열전도성 충전제로 사용하였다. 보론 나이트라이드의 함량은 0에서 100 phr로 증가시켰으며, 탄소나노튜브의 함량은 보론 나이트라이드의 함량을 100 phr로 고정시킨 상태에서 0에서 4 phr로 증가시켰다. 실리콘 고무 복합재료의 열전도도는 보론 나이트라이드 함량의 증가에 따라 증가하였으나, 탄소나노튜브를 추가로 첨가하더라도 열전도도 향상에 대한 효과는 미미하였다. 100 phr 함량의 보론 나이트라이드 함량에 탄소나노튜브를 충전 시 복합재료의 열분해가 가속화되는 예상치 못한 결과를 얻었다. 이를 해석하기 위하여 Horowitz-Metzger 방법을 이용하여 열분해 활성화 에너지를 계산하였다. 또한 보론 나이트라이드/탄소나노튜브가 충전된 실리콘 고무 복합재료의 경화거동, 전기저항 및 기계적 물성을 연구하였다.
최근 기존의 통상적인 추진기관에서 새로이 공기 흡입 추진기관에 대한 관심이 커지고 있으며, 우리나라에서도 고체 램제트에 관한 기초 연구도 수행되는 등, 이 분야의 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 고체 램제트의 연료에는 보론의 높은 열량 때문에 적용되고 있는데, 이 보론은 복잡한 연소 특성을 가지고 있어 이에 대한 연구도 많이 수행되어 오고 있다. 본 조사에서는, 램제트 연료 적용을 위하여 이러한 보론의 연소 특성을, 연구 개발되어 발표된 논문을 중심으로 하여 작성하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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