• Proceedings of the KWS Conference
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• 2010.05a
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• pp.79-79
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• 2010

저온용 무연 솔더의 대표 조성으로 고려되고 있는 Sn-58Bi(융점: $138^{\circ}C$) 공정(eutectic) 조성은 우수한 강도에도 불구하고 연성(ductility) 측면에서의 문제점이 지속적으로 보고되고 있다. 따라서 이 합금계의 연성을 최대로 개선시킬 수 있으면서도 실제 상용화가 가능한 합금 조성의 개발 연구가 요청된다. 본 연구에서는 Sn-Bi 2원계 조성에서 최대의 연성을 나타내는 것으로 보고된 Sn-40Bi 조성에 미량의 합금원소를 첨가함으로써 최대의 연성을 확보하는 한편, 그 연성 특성이 변형속도에 어느 정도 민감한지를 인장 실험을 통해 결정하고자 하였다. 합금원소로는 0.1~0.5 wt%의 Ag, Mn, In, Cu를 선택하였으며, 인장 시편을 제조하여 $10^{-2}$, $10^{-3}$, $10^{-4}\;s^{-1}$의 3종류로 변형속도를 변형시켜가며 응력-변형 곡선(stress-strain curve)을 측정하였고, 조성별, 변형속도별로 최대인장강도(ultimate tensile stress, UTS) 및 연신율 결과들을 정리하였다. 합금원소를 첨가한 조성의 경우는 모든 시험 조건에서 Sn-40Bi보다 우수한 연신률을 나타내는 것으로 측정되었으나, $10^{-2}\;s^{-1}$의 빠른 변형속도에서는 그 향상 정도가 상대적으로 감소하는 경향이 관찰되었다. 특히 Sn-40Bi-0.5Ag 조성의 경우 느린 변형속도에서 특히 눈에 띄는 연신률 값을 나타내며, 모든 변형속도 조건에서 가장 우수한 연성을 나타내었다. 한편 Sn-40Bi-0.1Cu 조성의 경우 변형속도에 따른 연신률의 변화 정도, 즉, 변형속도에 따른 연신률의 민감도가 매우 커 $10^{-4}\;s^{-1}$ 속도에서는 Sn-40Bi-0.5Ag에 버금가는 연신률 값이 측정되었으나, $10^{-2}\;s^{-1}$ 속도에서는 가장 나쁜 연신률 특성을 보여주었다. Sn-40Bi-0.2Mn 조성은 최고의 연신률 향상 특성을 나타내지는 않았으나, In을 첨가한 경우보다는 대체적으로 우수한 연성을 나타내었다. 이상의 각 합금별 연성 특성은 인장시험 전의 미세조직 관찰 결과와 인장시험 후 파면부의 조직변화 관찰 결과로부터 해석되었다. 그 결과 석출상의 형성 여부, 인장 시험 중 재결정 조직의 형성 여부, 라멜라(lamellar) 조직의 분율과 라멜라 간격(lamellar spacing)의 정도 또는 $\beta$-Sn과 라멜라 조직 사이의 결정립계와 라멜라 조직 내 결정립계에서의 슬라이딩 모드(sliding mode) 변형 정도, 석출상의 크기와 분포 정도 등이 연신률 및 변형속도 민감도와 같은 연성 특성에 가장 큰 영향을 미치는 인자인 것으로 분석되었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.109-110
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• 2014

주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy: SEM)은 고체상태에서 미세조직과 형상을 관찰하는 데에 가장 다양하게 쓰이는 분석기기로서 최근에 판매되고 있는 고분해능 SEM은 수 나노미터의 분해능을 가지고 있다. 그리고 SEM의 초점심도가 크기 때문에 3차원적인 영상의 관찰이 용이해서 곡면 혹은 울퉁불퉁한 표면의 영상을 육안으로 관찰하는 것처럼 보여준다. 활용도도 매우 다양해서 금속파면, 광물과 화석, 반도체 소자와 회로망의 품질검사, 고분자 및 유기물, 생체시료 nnnnnnnnn와 유가공 제품 등 모든 산업영역에 걸쳐 있다(Fig. 1). 입사된 전자빔이 시료의 원자와 탄성, 비탄성 충돌을 할 때 2차 전자(secondary electron)외에 후방산란전자(back scattered electron), X선, 음극형광 등이 발생하게 되는 이것을 통하여 topography (시료의 표면 형상), morphology(시료의 구성입자의 형상), composition(시료의 구성원소), crystallography (시료의 원자배열상태)등의 정보를 얻을 수 있다. SEM은 2차 전자를 이용하여 시료의 표면형상을 측정하고 그 외에는 SEM을 플랫폼으로 하여 EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy), WDS (Wave Dispersive X-ray Spectroscope), EPMA (Electron Probe X-ray Micro Analyzer), FIB (Focus Ion Beam), EBIC (Electron Beam Induced Current), EBSD (Electron Backscatter Diffraction), PBMS (Particle Beam Mass Spectrometer) 등의 많은 분석장치들이 SEM에 부가적으로 장착되어 다양한 시료의 측정이 이루어진다. 이 중 결정구조, 조성분석을 쉽고 효과적으로 할 수 있게 하는 X선 분석장치인 EDS를 SEM에 일체화시킨 장비와 EDS 및 PBMS를 SEM에 장착하여 반도체 공정 중 발생하는 나노입자의 형상, 성분, 크기분포를 측정하는 PCDS(Particle Characteristic Diagnosis System)에 대해 소개하고자 한다. - EDS와 통합된 SEM 시스템 기본적으로 SEM과 EDS는 상호보완적인 기능을 통하여 매우 밀접하게 사용되고 있으나 제조사와 기술적 근간의 차이로 인해 전혀 다른 방식으로 운영되고 있다. 일반적으로 SEM과 EDS는 별개의 시스템으로 스캔회로와 이미지 프로세싱 회로가 개별적으로 구현되어 있지만 로렌츠힘에 의해 발생하는 전자빔의 왜곡을 보정을 위해 EDS 시스템은 SEM 시스템과 연동되어 운영될 수 밖에 없다. 따라서, 각각의 시스템에서는 필요하지만 전체 시스템에서 보면 중복된 기능을 가지는 전자회로들이 존재하게 되고 이로 인해 SEM과 EDS에서 보는 시료의 이미지의 차이로 인한 측정오차가 발생한다(Fig. 2). EDS와 통합된 SEM 시스템은 중복된 기능인 스캔을 담당하는 scanning generation circuit과 이미지 프로세싱을 담당하는 FPGA circuit 및 응용프로그램을 SEM의 회로와 프로그램을 사용하게 함으로 SEM과 EDS가 보는 시료의 이미지가 정확히 일치함으로 이미지 캘리브레이션이 필요없고 측정오차가 제거된 EDS 측정이 가능하다. - PCDS 공정 중 발생하는 입자는 반도체 생산 수율에 가장 큰 영향을 끼치는 원인으로 파악되고 있으며, 생산수율을 저하시키는 원인 중 70% 가량이 이와 관련된 것으로 알려져 있다. 현재 반도체 공정 중이나 반도체 공정 장비에서 발생하는 입자는 제어가 되고 있지 않은 실정이며 대부분의 반도체 공정은 저압환경에서 이루어지기에 이 때 발생하는 입자를 제어하기 위해서는 저압환경에서 측정할 수 있는 측정시스템이 필요하다. 최근 국내에서는 CVD (Chemical Vapor Deposition) 시스템 내 파이프내벽에서의 오염입자 침착은 심각한 문제점으로 인식되고 있다(Fig. 3). PCDS (Particle Characteristic Diagnosis System)는 오염입자의 형상을 측정할 수 있는 SEM, 오염입자의 성분을 측정할 수 있는 EDS, 저압환경에서 기체에 포함된 입자를 빔 형태로 집속, 가속, 포화상태에 이르게 대전시켜 오염입자의 크기분포를 측정할 수 있는 PBMS가 일체화 되어 반도체 공정 중 발생하는 나노입자 대해 실시간으로 대처와 조치가 가능하게 한다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.10a
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• pp.39.1-39.1
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• 2011

가압경수로의 압력경계기기는 약 $300^{\circ}C$, 150기압의 고온고압수환경에서 가동되고 있다. 특히 가압기 밀림관은 고온수와, 저온수가 교차하는 부분으로 열성층 형성으로 열적, 기계적 피로 및 수화학환경이 더해진 부식피로 등에 의하여 손상을 받는다. PWR 원전에서 수화학환경은 대표적으로 용존산소(DO) 5ppb, pH 6~8, 용존수소(DH) <30 cc/kg, 온도 $316^{\circ}C$의 환경을 유지하게 된다. 가압기 밀림관에는 오스테나이트계 스테인리스강이 사용되는데, 오스테나이트계 스테인리스강은 고온 수화학환경에 민감한 것으로 알려져 있다. 따라서 오스테나이트계 스테인리강을 공기중에서의 기계적특성 및 피로특성을 향상시키기 위하여 질소를 첨가한 스테인리스강을 제조하여 PWR 원전환경에서의 피로균열성장특성을 평가하였다. 실험에 사용된 재료는 PWR 원전 가압기 밀림관 소재인 Type 347 스테인리스강에 0.0005 wt%가 첨가된 상용재와 0.11 wt% 질소가 첨가된 재료이다. 사용된 시편형상은 두께 5 mm, 폭 25.4 mm의 CT 시편이다. 수화학환경은 150기압, 온도 $316^{\circ}C$, 용존산소(DO) 5ppb, 용존수소(DH) 30 cc/Kg, pH는 약 7로 유지 하였으며, 응력비 0.1, 하중 반복속도 10Hz의 기계적 조건에서 하중제어로 시험을 진행하였다. 균열길이는 직류전위차법(Direct Current Potential Drop: DCPD)을 이용하여 측정하였다. 질소함량이 증가할수록 동일 사이클에서 균열길이가 늦게 성장하였고, 피로균열성장속도도 약간 늦어지는 것으로 나타났다. 각 스테인리스강의 피로파면 관찰결과 상용재는 약 1 ${\mu}m$의 산화물들이 생성되는 반면 질소첨가 스테인리스강은 약 0.1 ${\mu}m$정도 산화물이 생성되었다. 산화막의 두께도 질소가 첨가됨으로써 상용재에 비해 얇게 생성되었다. 따라서 질소가 첨가됨으로써 부식환경에서 내산화성이 향상되었으며, 이는 피로균열성장특성에 영향을 미치는 것으로 판단된다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.9 no.1
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• pp.40-46
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• 1985

Some problems such as toughness decrement and stess relief cracking (SRC), many occur when post weld heat treatment (PWHT) is applied to remove residual stress adn hydrogen. In this paper PWHT was carried out under the stress of 0, 98, 196 and 294 MPa (0, 10, 20 and 30kgf/mm$^{2}$ each) to simulate residual stress in HAZ of Cr-Mo steel. The effect of applied stress during PWHT on fracture toughness was evaluated by COD fracture toughness test, micro-hardnes test and observation of SEM. The experimental results are as follows; (1) Fracture toughness of weld HAZ was improved by PWHT, but it decreased as heat treated under the stress. (2)Hardness ratio under the stress of 294MPa (30kg/mm$^{2}$) was lower and fracture toughness was decreased than that of the no stress. (3) Applied stress in weld HAZ during PWHT assisted precipitation of over saturated alloying elements in the structure, so fracture surface at the stress of 294MPa (30kg/mm$_{2}$) appeared the grain boundary failure possibly one of the reasons for PWHT embrittlenment.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.18 no.9
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• pp.2374-2385
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• 1994

SiCw/Al composite material is especially attractive because of their superior specific strength, specific stiffness, corrosion fatigue resistance, creep resistance, and wear resistance compared with the corresponding wrought Al alloy. In this study, Fatigue crack growth behavior and fatigue crack path morphology(FCPM) of SiC whisker reinforced Al 6061 alloy with 25% SiC volume fraction and Al 6061 allay were performed. Result of the fatigue crack growth test sgiwed that fatigue crack growth rate of SiCw/Al 6061 composite was slower than that of Al 6061 matrix therefore it was confirmed that Sic whisker have a excellent fatigue resistance. And Al 6061 matrix had only FCPM perpendicular to loading direction. On the other hand SiCw/Al 6061 composite had three types in fatigue crack path morphology. First type is that both sides FCPM of artificial notch are perpendicular to loading direction. Second type is that a FCPM in artifical notch has slant angle to loading direction and the other side FCPM is perpendicular to loading direction. Third type is that both sides FCPM of notch have slant angle to loading direction. It was considered that this kinds of phenomena were due to non-uniform distribution of SiC whisker and confirmed by SEM observation for fracture mechanism study.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.34 no.1
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• pp.88-94
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• 1997

The oxidation behavior of the NiCrAlY bond coat and thermal fatigue failure in the plasma-sprayed thermal barrier coating system, ZrO2.8wt%Y2O3 top coat/Ni-26Cr-5Al-0.5Y bond coat/Hastelloy X superalloy substrate, in commercial use for finned segment of gas turbine burner were investigated. The main oxides formed in the bond coat were NiO, Cr2O3, and Al2O3. It divided the oxide distribution at this interface into two types whether an Al2O3 thin layer existed beneath ZrO2/bond coat interface before operation at high temperature or not. While a continuous layer of NiO was formed mainly in the region where the Al2O3 thin layer was present, the absence of it resulted in the formation of mixture of Cr2O3 and Al2O3 beneath NiO layer. Analyses on the fracture surface of specimen spalled by thermal cycling showed that spalling occurred mainly along the ceram-ic coat near ZrO2/bond coat oxide layer interface, but slightly in the oxide layer region.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.34 no.4
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• pp.439-446
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• 2010

Fracture mechanics is used for the detailed analysis of the failure of high-speed rotating cylindrical vessels. The general procedure for the analysis of fatigue life and failure used in this study is summarized; the initial material properties are also described. The results of the theoretical stress analysis are compared to the observed magnitude of the stress under the operational condition. The fracture-surface configurations observed under both optical and scanning electron microscopes are used to investigate the progress of fatigue crack propagation. Fatigue life estimates obtained by using the Paris model are compared to the actual service life of the high-speed rotating pressure vessel.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.9 no.5
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• pp.539-547
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• 1985

The low-cycle fatigue crack growth behavior of SUS 304 Stainless steel was investigated at 650.deg. C by the nonlinear fracture mechanics. Crack Propagation can be separated in to cycle-dependent and time-dependent, the former is correlated with .DELTA. $J_{f}$ , J-intergral range and the latter is correlated with J', modified J integral. Transition from cycle-dependent to time-dependent crack growth was successfully predicted using the .betha. hypothesis, which was proposed by the authors on the basis of an analysis on the interaction of elastic and creep strain. To investigate the reliability of .betha.-hypothesis, experimenting by the change of stress-level, stress rate and frequency, following conclusions were obtained. (1) High temperature fatigue crack propagation was separated into cycle-dependent and time-dependent. (2) Transition of crack propagation was predicted by .DELTA. $J_{c}$/.DELTA.$_{f}$ or .betha. (3) Lower limit in cycle-dependent crack propagation was obtained..

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.31 no.1
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• pp.8-17
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• 2003

The butt lap joint structures which are usually designed by the concept of slow crack growth damage tolerance, show frequently the behaviors of multiple site fatigue crack growth around the fastener hole edges due to the fretting between the two jointed parts. In this paper, experimental tests of fatigue crack growth have been performed of a bolted butt lap joint structure having an initial corner crack at the fastener hole edge, with different fretting conditions under a flight load spectrum. The obtained test results were reviewed to investigate the effects of fretting fatigue cracks on the damage tolerance crack growth life. Computations of corner crack growth were also carried out using an existed model to compare with test results.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.35 no.9
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• pp.1119-1129
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• 2011

Shot-peening effects on the fatigue behavior of bearing steel were investigated under the high cyclic loading. Hourglass shape specimens were made of bearing steel(JIS-SUJ2) for rotary bending fatigue tests. Two kinds of treatments were performed : a heat treatment and a shot-peened surface treatment after the heat treatment. The fracture surfaces of specimens were classified into two types of fracture mode : the surface fracture mode induced by a surface defect and the internal fracture mode induced by a nonmetallic inclusion. Inclusion depth and shape affected considerably the fatigue life. Shot-peening treatment improved much the fatigue life of the bearing steel under low and high levels of cyclic loads. Probabilistic-stress-life (P-S-N) curves were suggested for the reliable fatigue life estimation of the improved bearing steel.