• Proceedings of the KWS Conference
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• 2009.11a
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• pp.72-72
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• 2009

전자부품의 내부접속 및 파워반도체의 다이본딩과 같은 1차실장에는 고온환경에서의 사용과 2차실장에서의 재용융방지를 위해 높은 액상선온도 및 고상선온도를 필요로 하여, Pb-5wt%Sn, Pb-2.5wt%Ag로 대표되는 납성분 85%이상의 고온솔더가 널리 사용되고 있다. 생태계와 인체에 대한 납의 유해성이 보고된 이래, 무연솔더에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔으나, Sn-Ag-Cu계로 대표되는 Sn계 합금으로 대체 중인 중온용 솔더와는 달리, 고온용 솔더에 대해서는 대체합금에 대한 연구가 미흡한 실정이다. 대체재의 부재로 인해 기존의 납을 다량함유한 솔더로 1차실장이 지속됨으로서, 2차실장의 무연화에도 불구하고 전자부품 및 기기의 재활용에 큰 어려움을 겪고 있다. 지금까지 고온용 무연솔더로서는 융점에 근거해 Au-(Sn, Ge, Si)계, Bi-Ag계, Zn-(Al, Sn)계의 극히 제한된 합금계만이 보고되어 왔다. Au계 솔더는 현재 플럭스를 사용하지 않는 광학, 디스플레이 분야 등 고부가가치 공정에 사용되고 있으나, 합금가격이 매우 비싸며 가공성이 나빠 대체재료로서는 적합하지 않다. Bi-Ag계 솔더 또한 취성합금으로 와이어 및 박판으로 가공하는데 어려움이 크며, 솔더로서 중요한 특성중 하나인 전기전도도 및 열전도도가 나쁜 편이다. 이에 비해, Zn계 합금은 비교적 낮은 합금가격, 적절한 가공성과 뛰어난 인장강도, 우수한 전기전도도 및 열전도도를 지녀, 고온용솔더 대체재료의 유력한 후보로 생각된다.이전 연구에서, 필자의 연구그룹은 Zn-Sn계 합금을 고온용 무연솔더로서 제안한 바 있다. Zn-Sn계 합금은 충분히 높은 융점과 함께, 금속간화합물이 없는 미세조직, 우수한 기계적 특성, 높은 전기전도도 및 열전도도 등의 장점을 나타내었다. 본 연구에서는 기초합금특성상 고온솔더로서 다양한 장점을 지닌 Zn-30wt%Sn합금을 고온용 솔더의 대표적인 적용의 하나인 다이본딩에 적용하여, 접합부의 강도 및 미세조직, 열피로 신뢰성에 대해 분석을 함으로서 실제 공정에의 적용가능성에 대해 검토하였다. Zn-30wt%Sn을 이용해 Au/TiN(Titanium nitride) 코팅한 Si다이를 AlN-DBC(aluminum nitride-direct bonded copper)기판에 접합한 결과, 양측에 완전히 젖은 기공이 없는 양호한 다이접합부를 얻었으며, 솔더내부에는 금속간화합물을 형성하지 않았다. Si다이와의 계면에는 TiN만이 존재하였으며, Cu와의 계면에는 Cu로부터 $Cu_5Zn_8,\;CuZn_5$의 반응층을 형성하였다. 온도사이클시험을 통한 열피로특성평가에서, Zn-30wt%Sn를 이용한 다이접합부는 1500사이클 지점에서 Cu와 Cu-Zn금속간화합물의 사이에서 피로균열이 형성되며, 접합강도가 크게 감소하였다. 열피로특성 향상을 위해 Cu표면에 TiN코팅을 하여 Zn-30wt%Sn 솔더로 다이접합한 결과, Si다이와 기판 양측에 TiN만으로 구성된 계면을 형성하였으며, TEM관찰을 통해 Zn-30wt%Sn과 극히 미세한 접합계면이 형성하고 있음을 확인하였다. Zn-wt%30Sn솔더와 TiN층의 병용으로 2000사이클까지 미세조직의 변화 및 강도저하가 없는 극히 안정된 고신뢰성의 다이접합부를 얻을 수가 있었다.

• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2011.05b
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• pp.989-992
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• 2011

삼원 촉매는 주로 코제라이트 세라믹으로 제작되는 다공성 부품이다. 그러나 코제라이트 세라믹은 열적충격온도가 낮아 엔진의 혼합기가 농후한 경우 삼원촉매의 열적 내구성이 급격히 떨어져 내구 수명을 제대로 만족시키지 못하는 차량이 급격히 증가하고 있다. 따라서 본 논문은 유한요소법으로 구한 SiC 세라믹 재료의 등가 물성치를 기초로 SiC 세라믹 촉매 담체의 기계적 물성치를 유한요소해석용시험편으로 구한 뒤 SiC 세라믹 촉매담체가 실차에 설치될 경우의 열피로 성능에 대하여 평가하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.273-273
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• 2010

고열부하 환경에 노출되는 핵융합로의 플라즈마 대향부품은 주로 낮은 원자번호 물질-열전도가 좋은 물질-구조체의 순으로 다층 구조를 이루고 있으며, 이들 간의 우수한 접합성은 부품의 성능을 좌우하는 핵심 요소이다. 이러한 플라즈마 대향부품의 건전성을 평가하기 위해서는 고열속의 열부하를 반복적으로 인가하는 시험이 요구되며, 이를 위해 본 연구원에서는 KoHLT-1, 2의 시험시설을 운용하고 있다. 본 시설에서는 열부하원으로서 그라파이터 히터를 사용하며, 히터는 두 개의 시험 대상부품 사이에 설치되고, 히터에 고전류를 인가하여 복사열에 의해 시험 부품에 열부하를 가하게 된다. 고열부하 환경에서 열피로 시험을 위해 히터에 인가되는 전류를 시간에 따라 일정한 패턴으로 반복적으로 ON-OFF 하게 된다. 본 논문에서는 이러한 고열부하시험을 수행함에 있어 고려해야 할 여러 가지 요소에 대해 논의하였다. 우선 인가하는 열유속(heat flux) 값은 일차적으로 시험시설의 최대 출력에 의해 좌우되며, 시험대상물의 운전조건 및 열부하 반복횟수에 의해 결정된다. 열부하 반복횟수는 주어진 열유속 값에 대해 total strain이 파단에 이르는 수준에 의해 결정된다. 열부하를 인가하는 시간은 히터에 전류를 인가했을 때 요구되는 온도로 상승하는 데 걸리는 시간과 시험대상물의 온도가 더 이상 증가하지 않는데 걸리는 시간에 의해 좌우된다. 냉각시간은 길수록 시험대상물의 온도가 냉각수의 온도에 접근하게 되나 너무 길어지면 시험시간이 급격히 증가하게 되므로, 온도 감소 곡선을 검토하여 적절한 시간을 정하게 된다. 열유속 측정은 냉각수의 온도 상승값과 유량으로부터 계산하게 되며, 정확한 측정을 위해서는 열부하를 인가하는 시간이 충분히 길어야 한다. 또한 시험대상 부품에서 열부하가 인가되는 면적을 정확히 정의해야 하며, 냉각관로에 열부하가 인가되어서는 않된다. 또한 시험대상부품을 지지하는 지지구조체를 통한 열손실을 최소화해야 정확한 열유속을 측정할 수 있다. 시험대상부품을 설치할 때 히터와의 간격 또한 결정해야 할 중요한 요소이며, 간격이 좁을수록 최대 열유속 값을 증가시킬 수 있으나, 너무 가까운 경우 히터의 열변형에 의한 접촉 및 아크 방전의 가능성이 있으며, 이 경우 히터와 시험대상부품의 손상을 가져오게 된다. 시험대상물이 국제열핵융합로(ITER)의 일차벽과 같이 베릴륨이 포함되어 있는 경우 방전에 의한 손상은 인체에 유해한 오염의 원인이 될 수 있다. 또한 순간적인 방전은 고가의 고전류전원의 고장을 유발할 수도 있다. 열부하 시험 중 시험대상물의 온도를 정확히 측정하는 것은 필수적이며, 온도 변화 곡선으로부터 시험대상물의 건전성 여부를 판단할 수 있다. 이를 위해 변화를 가장 잘 탐지 할 수 있는 위치에 온도 센서를 설치하는 것이 관건이며, 이는 사전 분석을 통해 알 수 있다.

• Journal of the Korean Society of Safety
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• v.20 no.1 s.69
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• pp.62-67
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• 2005

An eccentrically-loaded single edge crack tension specimen (ESET) is similar to a compact tension(CT) specimen loaded in tension-tension. The standard ESET specimen exhibits advantages over other types of cracked specimen, such as n, single-edge crack, and middle-crack tension specimen. The details of ESET specimen configuration, test procedure, and calculations are described in ASTM E647 standard. However, a difficulty in attaching COD gage to the knife-edge on the front foe of the specimen can be found when the size of ESET specimen is small for rapid cooling and heating in thermal fatigue testing. The finite element analysis is performed for the ESET specimen with projected knife-edge on the front foe and a crack-length-compliance equation is suggested for the new specimen configuration. Calibration test are conducted with 347 stainless steel to compare the measured crack length with the calculated crack length from the suggested compliance expression. The test results showed good agreements with those of analysis.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.21 no.6
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• pp.73-82
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• 2017

Low-cycle thermal fatigue problem resulting from multiple use of a liquid rocket engine has to be considered for the development of a reusable launch vehicle. In this study, life prediction equations suggested by previous researchers were compared as applied to various copper alloy cases to predict fatigue lives from tensile test data. The present study has revealed that among the presently considered life prediction methods, universal slopes method provides the best life prediction result for the copper alloys, and the modified Mitchell's method provides the best life prediction result for oxygen free high conductivity (OFHC) copper.

• Journal of Applied Reliability
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• v.15 no.4
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• pp.241-247
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• 2015

Purpose : The demand for higher fuel economy vehicles has helped develop fuel-efficient vehicles such as a CVVL called continuous variable valve lift. Existing CVVL has been applying DC type motor to control intake valve, but recently some car parts manufacturers have been developing a BLDC type CVVL motor for improvements of endurance performance. The purpose of this study is to find the potential failure mechanism of the CVVL BLDC moto in early stage of development based on the design properties and design the accelerated life test model. Methods : CVVL BLDC is consist of brushs, coil, magnetic, PCB, bearing and so on. Each component has a latent failure mechanism caused by temperature, humidity, vibration. By analysis result of the failure mechanism, thermal fatigue is the most important factor of a durability of CVVL BLDC motor. So, we designed a new accelerated life test model for guarantee of the CVVL BLDC motor. Results : A crack occurred on via hole in test using the conditions we designed, so we did change the design to avoid this failure. The via hole dimension is changed a little larger, as a result we achieve improvements in reliability of the CVVL BLDC motor. By applying various kinds and extreme level of stresses, we can find the operating limits of products. Conclusion : In thesis, We analyzed the failure mechanism of CVVL BLDC and designed an accelerated life test method to give a guarantee for reliability. Based on the test results, we could improve the reliability of developments by change of design.

• Composites Research
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• v.31 no.5
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• pp.260-266
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• 2018

This study investigates thermal and mechanical characterization of Hafnium carbide coating on the $C_f-C$ composites. The hafnium carbide coatings by vacuum plasma spray on the C/C-SiC composites are prepared to evaluate oxidation and wear resistance. We perform the thermal durability tests by thermal cycling at $1200^{\circ}C$ for 10cycles in air and investigates the weight change of each cycle. We also evaluate the wear and indentation behavior using tungsten carbide ball indenter as a mechanical evaluation. As a result, the HfC coating is beneficial to reduce of weight loss during thermal cycling test and improve the elastic property of C/C-SiC composite. Especially, the HfC coating improves the wear resistance of C/C-SiC composite.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.34 no.9
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• pp.1227-1233
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• 2010

In the hot section of a gas turbine, the turbine blades were protected from high temperature by providing a thermal barrier coating (TBC) as well as by cooling air flowing through internal passages within the blades. The cooling air then passed through discrete holes on the blade surface, creating a film of cooling air that further protects the surface from the hot mainstream flow. The holes are subjected to stresses resulting from the lateral growth of thermally grown oxide, the thermal expansion misfit between the constituent layers, and the centrifugal force due to high-speed revolution; these stresses often result in cracking. In this study, the deformation and cracks occurring near a hole on a heat-resistant alloy subjected to thermo-mechanical cycling were investigated. The experiment showed that cracks formed around the hole depending on the applied stress level and the number of cycles. These results could be explained by our analytic solution.

• Journal of Welding and Joining
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• v.26 no.2
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• pp.43-49
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• 2008

Fatigue cracks due to thermal stratification or corrosion in pipelines of nuclear power plants can cause serious problems on reactor cooling system. Therefore, the development of an integrated technology including fabrication of standard specimens and their practical usage is needed to enhance the reliability of nondestructive testing. The test material was austenitic STS 304, which is used as pipelines in the Reactor Coolant System of a nuclear power plants. The best condition for fabrication of thermal fatigue cracks at the notch plate was selected using the thermal stress analysis of ANSYS. The specimen was installed from the tensile tester and underwent continuos tension loads of 51,000N. Then, after the specimen was heated to $450^{\circ}C$ for 1 minute using HF induction heater, it was cooled to $20^{\circ}C$ in 1 minute using a mixture of dry ice and water. The initial crack was generated at 17,000 cycles, 560 hours later (1cycle/2min.) and the depth of the thermal fatigue crack reached about 40% of the thickness of the specimen at 22,000 cycles. As a results of optical microscope and SEM analysis, it is confirmed that fabricated thermal fatigue cracks have the same characteristics as real fatigue cracks in nuclear power plants. The crack shape and size were identified.

• Korean Journal of Metals and Materials
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• v.46 no.8
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• pp.538-544
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• 2008

MMCs were manufactured in two different forms. One was two-layered non FGM composite and the other was four-layered FGM composite. The matrix used in this study was AZ31 magnesium alloy and the reinforcement was $Al_{18}B_4O_{33}$. The composite materials contained reinforcement fibers with a volume fraction of 0, 15, 25 and 40%. Squeeze infiltration method was used for the fabrication of each block. The thermal properties of the FGM alloy and composite joints were studied by conducting thermal cycling tests. The numerical calculation (the finite elements method-FEM) results exhibited a good agreement with the experimental results. Thermal stresses induced by thermal cycling test were clearly reduced in the functionally graded materials.