• 한국재료학회지
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• 제7권9호
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• pp.744-749
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• 1997

본 연구에서는 고주파 유도경화처리한 중탄소강의 회전접촉 피로거동을 0.44wt.%C강과 0.55wt.%C강을 사용하여 조사하였다. 회전접촉 피로시험은 Polymet RCF-1 시험기에서 탄성유체 윤활 조건으로 회전속도 8,000rpm, 최대 Hertz응력 492kg/m$m^2$을 가하면서 실시하였다. 미세한 lath마르텐사이트가 고주파 유도경화한 0.44wt.%C강과 0.55wt.%C강의 표면경화층에 형성되었고 소량의 페라이트가 일부 형성되었으며 0.44wt.%C강과 0.55wt.%C에 비해 비교적 큰 페라이트가 나타났다. 회전접촉 피로시험 후 표면경도가 거의 유지되는 표면경화층에서 회전접촉 피로시험전에 비해 경도가 상승하였다. 이 경도증가량의 최대치($\Delta$ Hv$_{max}$)와 피로수명과의 관계를 조사한 결과 0.55wt.%C강이 0.44wt.%C강에 비해 회전접촉 피로중에 일어나는 소변형에 대한 높은 저항성에 주로 기인하여 $\Delta$ Hv$_{max}$값은 낮게 나타나고 피로수명은 높게 나타났다.

• 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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.247-247
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• 2010

DLC(diamond-like carbon)는 비정질 고상 탄소의 하나로 다이아몬드의 유사한 높은 경도, 내마모성, 윤활성, 전기절연성, 화학적 안정성을 가지고 있는 재료이다. 이러한 우수한 특성 때문에 DLC는 박막의 형태로 여러 종류의 보호코팅에 많이 응용되고 있다. DLC의 광범위한 응용에 있어 가장 큰 문제점은 박막이 갖는 높은 잔류응력과 이에 따른 기판과의 낮은 접착성으로 알려져 있다. 최근 연구에 의하면, plasma pre-treatment를 통해 PTFE기판에 DLC박막의 adhesion strength를 증진 시킬 수 있다고 보고하였다. 또한 ion beam technique를 이용하여 잔류응력을 줄이고 기판과의 접착력을 높일 수 있다는 것도 보고 되었다. 이에 기인하여 pre-treatment가 DLC합성에 잔류응력을 낮추고 기판과의 접착성을 높이는 효과를 보일 것이라고 가정하고 연구하였다. 본 연구에서 pre-treatment가 Diamond-like Carbon의 stainless steel 합성시 stress와 adhesion에 어떤 효과가 있는지 알아보기 위해, pre-treatment시와 synthesis of DLC film시에 13.56MHz 150W RF플라즈마 화학기상 증착 (RF-PECVD) 법을 통해 합성되었다. pre-treatment시에 H2(80 sccm), O2(10 sccm), N2(20 sccm)의 가스 종류를 다르게 하였고, synthesis of DLC film시에는 CH4 (20 sccm), H2 (80 sccm)가스의 유량을 고정하였다. 합성된 DLC 박막은 Contact Angle Analyze, Raman spectroscopy, Scratch tester를 이용하여 접촉각, D peak Position, G peak Position, ID/IG ratio, 접착력을 측정하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권6호
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• pp.464-469
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• 2017

유도전동기 회전자는 rotor core를 일정한 높이로 쌓은 후 rotor core slot에 Cu bar를 열박음(shrinkage fit)작업으로 고정한 후 Cu bar 표면을 punch로 길이방향, 원주방향으로 순차적으로 압입(swaging)하여 제작된다. 본 연구에서는 Cu bar 표면을 압입할 때 Cu bar 표면에 발생하는 압입깊이, 잔류응력 분포 그리고 rotor core slot과 Cu bar 접촉면에 작용하는 접촉력(contact force)을 평가하고자 하였다. 한편 실제의 압입작업은 복잡한 3차원 문제이나 수치해석적인 접근을 위하여 단순화된 2차원 cyclic symmetry 해석모델을 개발하였으며 이러한 해석모델을 사용하여 일정한 압입압력에서 4가지 종류의 Cu bar 형상에 대하여 압입량과 접촉력을 평가하였다. 탄소성 수치해석 결과 1) sample Cu bar block model을 사용하여 단순화된 2차원 수치해석 모델을 개발하였고 2) rotor core 압입작업시 일정한 압입압력에서 Cu bar 표면의 압입량은 Cu bar 형상에 크게 관계없이 거의 일정하며 3) 압입작업시 punch에 가해지는 압입압력으로부터 rotor core slot과 Cu bar 접촉면에 작용하는 총 접촉력을 추정할 수 있는 근사식을 제안하였다.

• 접착 및 계면
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• 제11권4호
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• pp.149-154
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• 2010

단일 탄소섬유/페놀수지 및 탄소나노튜브-페놀수지 복합재료의 계면적 특성을 젖음성과 함께 전기저항 측정 및 미세역학시험법을 사용하여 평가하였다. 순수 페놀수지 및 탄소나노튜브-페놀수지 복합재료의 Broutman시편을 사용한 압축강도는 인장강도와 비교하였다. 탄소나노튜브-페놀수지 복합재료의 접촉저항은 2점 및 4점법에 의한 경사형 시편을 사용하여 측정하였다. 동적접촉각에 의한 표면에너지와 젖음성은 Wilhelmy 플레이트 법으로 측정하였다. 표면에서 탄소나노튜브가 불균일한 미세구조로 형성되므로, 동적접촉각은 90도 이상의 소수성을 나타내었다. 탄소나노튜브-페놀수지 복합재료는 보다 나은 응력전달 효과에 기인하여 순수 페놀수지보다 더 큰 겉보기 강성도를 보여주었다. 단일 탄소섬유와 탄소나노튜브-페놀수지 복합재료간의 접착일, $W_a$은 탄소나노튜브 첨가로 인한 점도 증가 때문에, 순수 페놀수지 보다 더 크게 나타났다. 이는 마이크로 풀 아웃 시험에서 단일 탄소섬유의 미세파손 형태와 일치함을 보여 주었다.

• 공업화학
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• 제10권5호
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• pp.778-783
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• 1999

전자파 반사재료로 사용되는 탄소섬유/에폭시 복합재료의 탄소섬유 배향이 마찰특성에 미치는 영향을 살펴보았다. 마찰 시, 상대 마찰 면과 탄소 섬유/에폭시 복합재료의 적층 방향이 수직인 경우가 수평인 경우에 비해 우수한 마찰특성을 나타내었다. 이는 마찰 면과 복합재료의 적층 방향이 수평인 경우, 에폭시와 탄소섬유의 delamination이 상대적으로 많이 일어나기 때문이다. 탄소섬유 배향에 따른 마찰특성은 마찰 면과 복합재료의 적층 방향이 수직인 경우, 탄소 섬유가 단일 방향으로 배향된 $0/0^{\circ}$의 복합재료가 다방향 배향인 $0/45/90/-45^{\circ}$ 및 $0/90^{\circ}$ 복합재료에 비해 상대적으로 뛰어난 마찰특성을 나타내었다. 이는 탄소섬유의 배향 방향에 따라 마찰 면에 접촉하는 탄소섬유의 접촉면적이 변화되고 그 결과, 마찰에 의한 탄소섬유와 에폭시의 debonding 정도가 변화되기 때문이다. 이와는 달리 마찰 면과 적층 방향이 수평인 경우탄소섬유에 가해지는 응력의 종류에 따라 다른 마찰특성을 나타내며 인장응력이 작용하는 $0/90^{\circ}$로 탄소섬유가 배향된 복합재료가 가장 우수한 마찰특성을 갖는다. 마찰면과 탄소섬유 배향에 따라 마찰속도는 마찰계수에 영향을 미치지 못하는 반면 마멸지수와는 비례관계가 있음을 확인할 수 있었다.

• Composites Research
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• 제20권6호
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• pp.1-7
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• 2007

본 연구에서는 팽창흑연/탄소섬유 혼합 보강 전도성 고분자 복합재료를 2단계 성형 공법으로 제조하였으며, 탄소섬유의 첨가가 전도성 고분자 복합재료의 전기적, 기계적 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 전도성 충진재들은 고분자 수지와 기계적으로 혼합되었으며 이를 통하여 복합재료가 전기적 특성을 가지도록 하였다. 팽창흑연은 입자 간 접촉 면적이 넓기 때문에 복합재료 내 전도성 네트워킹의 형성에 매우 유리하지만, 팽창흑연과 고분자 수지만을 사용하여 상기 공정으로 복합재료를 제조할 경우 우수한 기계적 강도를 얻기가 어렵다. 따라서 이를 보완하기 위하여 탄소섬유를 복합재료에 첨가하였으며 전기적 기계적 물성을 바탕으로 탄소섬유의 혼합 비율을 최적화하였다. 굽힘 강도는 탄소섬유의 충친 비율이 증가할수록 섬유에 의한 강화 효과에 의하여 증가 하지만, 32wt.% 이상에서는 오히려 감소하였다. 이는 여분의 탄소섬유들이 공극을 발생시켜 응력집중이 발생하기 때문으로 판단된다. 전기 전도도는 탄소섬유의 비율이 증가할수록 전도성 공백이 발생하고 팽창흑연의 전도성 네트워킹이 저해되기 때문에 계속 감소한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.697-698
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• 2013

최근에 유연한 성질을 갖는 전자기기들의 수요가 증가하면서, 그에 따라서 유연 전자기기를 뒷받침 해줄 수 있는 에너지 저장체의 유연한 성질도 중요성이 점점 부각되고 있으며 많은 연구가 진행되고 있다. 유연한 에너지 저장체의 많은 연구들이 유연한 금속 박막이나 특수 공정처리가 필요한 고분자를 이용하고 있으나, 대부분의 유연 에너지 소자들은 에너지 저장체의 성능에 비해 고온과 산 약품과 같은 환경이 필요하며, 비용과 시간이 많이 소모되고 있다. 그에 반해 섬유는 앞에서와 같이 특수 공정 처리가 따로 필요하지 않으며 상온에서도 손 쉽게 이용 가능하며, 신축성이 뛰어난 장점이 있기 때문에 효율적, 비용적으로 유연한 에너지 저장체에 유리한 소재이다. 몸에 해로운 산과 같은 약품처리의 필요도 없으며, 용매를 흡수하는 능력이 뛰어나기 때문에 용매를 이용한 도포 방법을 사용하면 다양한 물질을 폭넓게 적용 가능하다. 그리고 적용 분야에 맞춰서 섬유의 종류를 조절하면 다양한 성질을 갖는 천 기반의 에너지 저장체가 형성되며, 면 섬유가 수소 결합과 높은 반데르 발스 결합에 의해 탄소나노튜브와 결합하여 높은 에너지 밀도를 갖는 에너지 저장체를 형성하는 것을 분석한 논문들도 보고되고 있다. 면 섬유의 특수한 성질을 이용하여 에너지 저장체를 제작하고 이를 확인하기 위해서 일반 합성 섬유인 polyester와 면 섬유를 비교 제작하였으며, 용매의 형태로 손쉽게 도포 가능한 물질은 탄소 계열의 활물질들이며, 탄소 나노 튜브나 그래핀 등이 분산된 용액을 이용해 천에 도포 가능하다. 탄소 계열의 활물질들은 대표적인 슈퍼캐패시터 물질이며, 천에 도포를 함으로써 천 기반의 슈퍼캐패시터를 제작하였다. 일반 합성 섬유 polyester와 CNT를 결합한 형태의 전극은 최대 에너지 축전 용량(Maximum specific capacitance)이 53.6 F/g으로 나타났으며, 면 섬유와 CNT를 결합한 형태의 전극은 최대 에너지 축전 용량이 122.1 F/g으로 나타났다. 따라서 면 섬유에서 높은 에너지 저장 능력을 보이는 것을 실험적으로 확인하였으며, 에너지 저장 능력이 뛰어난 면 섬유를 다음 전극 디자인에서도 일률적으로 적용하였다. 슈도캐패시터의 대표적 물질인 금속 산화물인 망간 산화물(MnO2)을 3전극 도금 시스템을 이용하여 에너지 축전 용량과 에너지 밀도를 올리는 전극을 제작하였다. 특히 망간 산화물의 형태는 표면적을 극대화하기 위해서 평균 지름은 200~300 nm 정도 되는 나노 입자의 형태로 제작하였다. 그 결과, 확연하게 에너지 축전 용량이 향상되었으며, 최대 에너지 축전 용량은 282.0 F/g, 에너지전력 밀도는 14.2 Wh/kg으로 나타나서 금속 산화물의 형태가 주는 효과를 확인할 수 있었다. 하지만 나노 입자의 형태로 제작된 금속 산화물은 문제점이 발생하였다. 금속 산화물의 전기 전도성이 매우 낮기 때문에, 전기 전도성에 비례해서 전력 밀도의 값이 표현되는데, 전기 전도성이 급격히 감소하기 때문에 전력 밀도도 급격한 감소가 나타난다. 다음과 같이 전기 전도성 물질을 첨가하는 방법은 추가의 공정이 필요한 단점이 있지만 오직 기계적인 인장응력만을 가해서 에너지 밀도와 전력 밀도를 증가시키는 전극을 제작하였다. 인장응력을 섬유 기반의 전극에 가했을 시에 가닥들간의 접촉 증가와 CNT가 정렬되면서 특정 변형률(strain) 이전에서는 전기 전도성이 최대 50% 이상 증가하는 것을 확인할 수 있었으며, 선행 연구에서 보고되었다. 이를 이용해서 전기 전도성과 직결되는 전력 밀도의 양도 증가시키고 에너지 밀도의 증가 여부까지 확인한 결과 인장을 가하기 전 면 섬유의 전력 밀도와 에너지 밀도는 6.4 kW/kg and 6.1 Wh/kg으로 나타났으나 30% 변형 인장 후에는11.4 kW/kg과 7.1 Wh/kg으로 나타났다. 그리고 망간 산화물을 첨가한 전극 역시 4.9 kW/kg과 14.2 Wh/kg으로 나타났었으나 인장 이후 전력 밀도는 14.2 kW/kg, 에너지 밀도는 17.6 Wh/kg으로 확연하게 증가한 것을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제40권5호
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• pp.437-447
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• 2016

원자력 발전소의 반응로에 핵연료 봉으로 이루어진 집합체가 있으며 핵 연료의 연소를 통한 열을 이용하여 발전을 한다. 핵연료 봉은 핵연료와 그를 감싸는 피복관으로 이루어졌으며 연소되는 동안 서로의 상호작용에 대한 해석은 안전성을 평가함에 있어 중요한 사실이다. 본 논문에서는 핵연료와 피복관의 연소 상태에서 기계적 상호작용에 대한 해석 방법에 대하여 제시한다. 온도 해석에 있어서 핵연료와 간극 사이에서의 열전도도가 중요하며 간극 거리와 접촉여부에 따른 접촉 압력이 또한 중요 요소이다. 이에 간극 열전도도는 비결정론적이기 때문에 이를 해결할 수 있는 방법에 대하여 제시했다. 핵 연료의 열팽창에 따른 피복관과의 접촉을 해결하기 위한 계산을 수행하였고 그에 따라 접촉 시 발생하는 응력이 항복함수를 넘어 소성 변형이 일어날 경우 또한 고려하였다. 핵연료의 열팽창에 따라 피복관과 접촉에 의한 소성 변형을 해석하므로 핵연료 봉의 안정성을 평가할 수 있다. 이를 적용하기 위해 3차원 유한요소 모듈을 FORTRAN90을 이용하여 개발하였다. 핵연료와 피복관의 접촉에 의한 탄소성 변형을 주로 다루며 두꺼운 실린더를 통한 간단한 이론 모델을 제시하여 코드에 대해 검증을 실시하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권2호
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• pp.87-95
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• 2003

본 논문에서는 매립지의 복합 차수 및 덮개 시스템의 안정성 평가를 위하여 개별요소법이 적용되었다. 이 방법은 차수재들의 접촉면에서 유발되는 전단응력과 차수재에 발생하는 인장력을 예측할 수 있어 각각의 차수재에 대한 전단 및 인장파괴에 대한 안전율을 산정할 수 있다. 해석에서 덮개나 차수재료로 사용된 흙의 경우 절편으로 나눈 다음 각 측면들에 탄소성 Winkler 스프링으로 연결되는 것으로 가정하였으며, 지오맴브레인과 같은 차수재들의 경우 절편으로 나뉘어져 인장스프링으로 연결되었다고 가정하여 거동을 모델링하였다. 제안된 방법을 사용한 사례연구와 함께 예제해석에 대한 한계평형법에 근거한 기존 해석방법들과 비교를 통하여 제안된 방법의 적용성을 검토하였다.