Tensile stress loaded on smart composite structures and thermal stress occurred during the during process of the smart composite materials with embedded optical fiber sensors affect directly the mechanical behavior of the embedded optical fiber sensors within the smart composite structures. Stress distribution within the optical fiber sensors varies with respect to the stacking sequence of the composite laminate and the coating conditions of the optical fibers. The cracks occurred within the composite laminate affect not only the fracture of the composite laminate but also the fracture of the optical fiber sensors embedded within the composite laminate. In this study, firstly, stress distribution of the optical fiber sensors embedded within the composite laminate which is subjected to the tensile and thermal stresses was analyzed using Finite Element Method. And, secondly, the effect of the stacking sequence of the composite laminate and the coating conditions of the optical fiber sensors on the stress distribution of the optical fiber sensors was investigated. Finally, the effect of the crack occurred within the smart composite laminate on the fracture behavior of the optical fiber sensors was also observed through the tensile test.
In this study, the degree of particle melting in $Y_2O_3$ plasma spraying and its effects on coating characteristics have been investigated in terms of microstructural features, microhardness and scratch resistance. Plasma sprayed $Y_2O_3$ coatings were formed using two different powder feeding systems: a system in which the powder is fed inside the plasma gun and a system in which the powder is fed externally. The internal powder spraying method generated a well-defined lamellae structure that was characterized by a thin porous layer at the splat boundary and microcracks within individual splats. Such micro-defects were generated by the large thermal contraction of splats from fully-molten droplets. The external powder spraying method formed a relatively dense coating with a particulate deposition mode, and the deposition of a higher fraction of partially-melted droplets led to a much reduced number of inter-splat pores and intra-splat microcracks. The microhardness and scratch resistance of the $Y_2O_3$ coatings were improved by external powder spraying; this result was mainly attributed to the reduced number of micro-defects.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2018.06a
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pp.97.2-97.2
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2018
This study formed a hard TiAlSiWN coating layer using Ti, Al, Si and W raw powders that were mechanically alloyed and refined. The TiAlSi and TiAlSiW coating targets were fabricated using a single PCAS process in a short time with the optimal sintering conditions. The coating targets were deposited on the WC substrate by forming coating layers using TiAlSiN and TiAlSiWN nitride nano-composite structures with an AIP process. The properties of the nitride nano-composite coating layers were compared according to the addition of W. The microstructure of the nitride nano-composite coating layer was analyzed, focusing on the distribution of the crystalline phases, amorphous phases ($Si_3N_4$), and growth orientation of the columnar crystal depending on the addition of W. The mechanical properties of the coating layers were exhibited a hardness of approximately $3,000kg/mm^2$ and adhesion of about 117.77N in the TiAlSiN. In particular, the TiAlSiWN showed excellent properties with a hardness of more than $4,300kg/mm^2$ and an adhesion of about 181.47N.
Effects of sliding speed, applied load, and thickness of PMMA (Poly Methyl Methacrylate) coating layers on their dry sliding frictional and wear behavior were investigated. Sliding wear tests were carried out using a pin-on-disk wear tester. The PMMA layer was coated on Si wafer by a spin coating process with two different thicknesses, $1.5\mu\textrm{m}$ and $0.8\mu\textrm{m}$. AISI 52100 bearing steel balls were used as a counterpart of the PMMA coating during the wear. Normal applied load and sliding speed were varied. Wear mechanisms of the coatings were investigated by examining worn surfaces using an SEM. Friction coefficient of the coatings decreased with the increase of the applied load. Both adhesion and deformation of the coating determined the coefficient. The thicker PMMA layer with the thickness of $1.5mutextrm{m}$ showed lower friction coefficient than the thinner layer under most test conditions. Effects of sliding speed and applied load on the frictional behavior were varied depending on the thickness of the coating layer.
The present study aims to examine the influence of flame spray distance on the thermal behavior of micro-metal particles and the morphological characteristics of $Ni_{20}Cr$ layers coated on the preheated SCM415 substrates by using the conventional flame spray system. Commercially available nickel-based $Ni_{20}Cr$ particles with a mean diameter of $45{\mu}m$ were used. In addition, CFD simulations using a commercial code (FLUENT ver. 6.3.26) were conducted to estimate temperature and velocity distributions of the continuous and discrete phases before impact on the substrate. From FE-SEM images of coated layers on the substrates, it was observed that as the spray distance decreased, the metal particle morphology showed splash-like patterns and such a short stretch shape, resulting from higher particle momentums and the impact of partially melted particles. Moreover, it was found that the spray distance should be considered as one of important parameters in controlling the porosity and the adhesion strength.
This paper deals with the effects of counterpart materials on the wear behavior of thermally sprayed STS316 coatings. STS316 powders were flame-sprayed onto a carbon steel substrate. Dry sliding wear tests were performed using the applied loads of 15 N. AISI52100, $Al_2O_3$, $ZrO_2$ and $Si_3N_4$ balls were used as counterpart materials. Wear behavior of STS316 coatings against different counterpart materials were studied using a scanning electron microscope(SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The results show that the wear behavior of thermally sprayed STS316 coatings strongly depends on the type of counterpart material. Dominant wear mechanism was similar for all studied materials as failure of adhesion film except for Si3N4 used as counterpart material. In the case of Si3N4 used as counterpart material, dominant wear mechanism was abrasion.
Coating brittle intermetallic compounds on metal can enlarge the range of their use. It is found that intermetallic compound coating layers made by only combustion synthesis in an electric furnace have porous multi-phase structures containing several intermediate phases, even though the coating layers show good wear resistance. In this study, dense $Ni_{3}Al$ single phase layer corresponding to the initial composition of the mixed powder is coated on two different ferrous materials by the diffusing treatment after combustion synthesis. After- ward, sliding wear behaviors of the coating layer are evaluated in comparison with that of the coating layer with porous multi-phase structure made by only combustion synthesis. As a result, the wear properties of the coating layer composed of dense $Ni_{3}Al$ single phase are considerably improved at the range of low sliding speed com- pared with that of the coating layer with porous multi-phase structure, particularly in the running-in wear region. This is attributed to the fact that wear of the coating layer is progressed by shearing as a sequence of adhesion, not by occurring of pitting on the worn surface due to having dense structure without pores.
A series of two-dimensional (2D) finite element analyses have been performed to study the behaviour of single piles in consolidating ground. The analysis was conducted based on coupled analyses by considering changes of pore water pressure in the clay. In the analyses the soil slippage at the pile and the soil interface has been included. The method widely used in practice somewhat overestimates dragload by about 25% compared to the rigorous numerical analysis since partial mobilization of skin friction near neutral plane and reductions in the vertical soil stress is not incorporated. When soil slip develops at most of the pile length at the pile-soil interface during consolidation, further increases in dragload is not significant. Application of coating on the pile surface can reduce dragload and pile settlement substantially, but under an axial load on the pile head very large pile settlement can be developed unless pile tip is located to a stiff bearing layer.
Kim, Yun-Ji;Lee, In-Gyu;Kim, Won-Mok;Lee, Gyeong-Seok
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2011.02a
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pp.426-426
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2011
최근 들어 금속물질을 나노미터 단위로 구성할 수 있는 기술이 진보하면서, 금속 나노입자에 의해 발생되는 표면 플라즈몬에 대해서도 다양한 분야의 관심이 집중되고 있다. 유전체 물질을 기지상으로 하는 금속:유전체 나노복합체에서 금속 나노입자는 자유전자들의 집단 진동인 국소표면 플라즈몬 공진(Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR)현상에 의해 국부전기장을 증대 시키고, 가시광 및 적외선 영역에서 특성 광흡수 거동을 보인다. 이와 같은 광학적 특성은 금속 나노입자들의 크기, 형태, 그리고 나노입자들의 주변을 구성하는 기지상 물질의 종류에 의해 조절된다. 금속:유전체 나노복합체에 나타나는 이러한 특성은 단순장식코팅 뿐만 아니라 광의 효율적 운용과 광을 매개로 한 기능발현을 필요로 하는 디스플레이, 광학 스위칭 소재 및 태양전지의 효율 향상을 위한 광흡수층 등 매우 다양한 응용이 가능하다. 본 연구에서는 다양한 굴절률을 갖는 재료들 중, 저굴절률을 갖는 SiO2와 고굴절률을 갖는 ZnS-SiO2를 기지상 재료로 선택하여 교번증착 스퍼터링법으로 Ag와 Au입자를 형성시켰다. Ag를 금속나노입자로 갖고, SiO2와 ZnS-SiO2를 기지상으로 하는 금속:유전체 나노복합체에서는 금속나노입자 형성에 따른 뚜렷한 표면 플라즈몬 공진 광흡수 피크가 관찰된 반면 Au나노입자는 기지상에 따라 각기 다른 광흡수 특성을 나타냈는데, SiO2기지상에서 명확한 광흡수 피크를 형성했던 경우와는 달리 ZnS-SiO2기지상에서는 특정파장에서의 흡수피크로 규정되기 어려운 넓은 파장범위에 걸친 완만한 광흡수 피크를 나타냈다. TEM 분석을 통해, ZnS-SiO2 기지상 내의 Au입자는 각각 독립되어 있는 Island형태가 아닌 유전체 기지상과 대칭적으로 혼합된 네트워크 형태의 Bruggeman 기하구조를 구성하고 있음을 확인하였고, 이는 Au입자가 형성되고 성장할 때 Au와 S의 높은 결합에너지로 인해 상당한 젖음 특성을 갖고 성장하였기 때문으로 판단됐다. 따라서 나노복합체를 구성하는 물질간의 광학적 특성뿐만 아니라 기지상 내에서의 금속입자의 성장거동에 대한 연구가 수반되었을 때, 금속:유전체 나노복합체의 표면 플라즈몬 공진 광흡수 특성을 보다 정확하게 제어할 수 있다.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.15
no.4
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pp.1838-1843
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2014
Nanoimprint lithography (NIL) fabrication process is regarded as the main alternative to existing expensive photo-lithography in areas such as micro- and nano-electronics including optical components and sensors, as well as the solar cell and display device industries. Functional patterns, including anti-reflective moth-eye pattern, photonic crystal pattern, fabricated by NIL can improve the overall efficiency of such devices. To successfully imprint a nano-sized pattern, the process conditions such as temperature, pressure, and time should be appropriately selected. In this paper, a cavity-filling process of the moth-eye pattern during the thermal-NIL within the temperature range, where the polymer resist shows the viscoelastic behaviors with consideration of stress relaxation effect of the polymer, were investigated with three-dimensional finite element analysis. The effects of initial thickness of polymer resist and imprinting pressure on cavity-filling process has been discussed. From the analysis results it was found that the cavity filling can be completed within 100 s, under the pressure of more than 4 MPa.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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