• Title/Summary/Keyword: 합금 비율

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모재/중간층/박막의 H/E ratio 구배에 따른 Cr계 경질 박막의 기계적 특성에 관한 연구

  • Kim, Hoe-Geun;Song, Myeon-Gyu;Lee, Sang-Yul
    • Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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    • 2018.06a
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    • pp.135-135
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    • 2018
  • 천이금속 질화물 코팅은 우수한 기계적 특성들로 인해 공구 코팅으로 많이 사용 되어왔다. 그 중에서도 특히 Cr계 경질 코팅은 높은 경도와 낮은 표면조도, 우수한 마찰특성 등 뛰어난 기계적 특성을 나타내므로 공구 코팅으로의 적용 가능성이 크다. 그러나 최근 공구산업의 발전으로 인해 공구가 더욱 가혹한 환경에서 사용됨에 따라, 공구의 수명을 향상시키고 보호하기 위해 코팅의 높은 밀착력이 요구되고 있으며, 모재와 코팅 사이에 중간층을 합성함으로써 공구의 밀착력을 향상시키는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이전 연구에서 모재/중간층/코팅간의 경도와 탄성계수 비율(H/E ratio)의 구배가 코팅의 밀착력에 큰 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 그러므로, WC 모재와 Cr계 코팅의 중간값의 H/E ratio를 갖는 중간층의 합성을 통해 코팅의 밀착력을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는, 코팅의 밀착력을 향상시키기 위해 다양한 중간층을 증착한 CrZrN, CrAlN 코팅을 비대칭 마그네트론 스퍼터링 장비를 이용하여 합성하였다. 모재로는 디스크 형상의 WC-6wt.%Co 시편을 사용하였고 Cr, Zr, Si, Al single 타겟을 이용하여 Cr, CrN, CrZrN, CrZrSiN 등의 중간층이 증착된 코팅을 합성했다. 코팅의 합금상, 경도 및 탄성계수, 미세조직 및 조성, 표면 조도을 확인하기 위해 X-ray diffractometer (XRD), Fischer scope, field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), atomic force microscopy를 사용하였고, 코팅의 밀착 특성을 분석하기 위해 scratch tester와 optical microscopy (OM)를 이용하였다. 코팅의 내열성을 확인하기 위해 코팅을 furnace에 넣어 공기중에서 500, 600, 700, 800, 900, $1,000^{\circ}C$로 30분 동안 annealing 한 후에 nano-indentation을 사용하여 경도를 측정하였다. CrZrN 및 CrAlN 코팅을 나노 인덴테이션으로 분석한 결과, 모든 코팅의 경도(33.4-35.8 GPa)와 탄성계수(384.1-391.4 GPa)는 중간층의 종류에 상관없이 비슷한 값을 보인 것으로 확인됐다. 그러나, 코팅의 마찰계수는 중간층의 종류에 따라 다른 값을 보였다. CrZrN 코팅의 경우 CrN 합금상 중간층을 갖을 때 가장 낮은 값을 보였으며, CrAlN 코팅의 경우 CrN/CrZrSiN 중간층을 증착하였을때 마찰계수는 0.34로 CrZrN 중간층을 증착하였을 때(0.41)에 비해 낮은 값을 보였다. 또한, 코팅의 마모율 및 마모폭도 비슷한 경향을 보인 것으로 보아, CrN/CrZrSiN 중간층을 합성한 CrAlN 코팅의 내마모성이 상대적으로 우수한 것으로 판단된다. 코팅의 밀착력의 경우도 마찰계수와 비슷한 경향을 보였다. 이것은 중간층의 H/E ratio가 코팅의 내마모성에 미치는 영향에 의한 결과로 사료된다. H/E ratio는 파단시의 최대 탄성 변형율로써, 모재/중간층/코팅의 H/E ratio 구배에 따라 코팅 내의 응력의 완화 정도가 변하게 된다. WC 모재 (H/E=0.040)와 CrAlN 코팅(H/E=0.089) 사이에서 CrN, CrZrSiN 중간층의 H/E ratio는 각각 0.076, 0.083으로 모재/중간층/코팅의 H/E ratio 구배가 점차 증가함을 확인 할 수 있었고, 일정 응력이 지속적으로 가해지면서 진행되는 마모시험중에 CrN과 CrZrSiN 중간층이 WC와 CrAlN 코팅 사이에서 코팅 내부의 응력구배를 완화시키는 역할을 함으로써 CrAlN 코팅의 내마모성이 향상된 것으로 판단된다. 모든 코팅을 열처리 후 경도 분석 결과, CrN/CrZrSiN 중간층을 증착한 CrAlN 코팅은 $1,000^{\circ}C$까지 약 28GPa의 높은 경도를 유지한 것으로 확인 되었고, 이는 CrZrSiN 중간층 내에 존재하는 SiNx 비정질상의 우수한 내산화성에 의한 결과로 판단된다.

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Monolithic 3D-IC 구현을 위한 In-Sn을 이용한 Low Temperature Eutectic Bonding 기술

  • Sim, Jae-U;Park, Jin-Hong
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • 2013.02a
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    • pp.338-338
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    • 2013
  • Monolithic three-dimensional integrated circuits (3D-ICs) 구현 시 bonding 과정에서 발생되는 aluminum (Al) 이나 copper (Cu) 등의 interconnect metal의 확산, 열적 스트레스, 결함의 발생, 도펀트 재분포와 같은 문제들을 피하기 위해서는 저온 공정이 필수적이다. 지금까지는 polymer 기반의 bonding이나 Cu/Cu와 같은 metal 기반의 bonding 등과 같은 저온 bonding 방법이 연구되어 왔다. 그러나 이와 같은 bonding 공정들은 공정 시 void와 같은 문제가 발생하거나 공정을 위한 특수한 장비가 필수적이다. 반면, 두 물질의 합금을 이용해 녹는점을 낮추는 eutectic bonding 공정은 저온에서 공정이 가능할 뿐만 아니라 void의 발생 없이 강한 bonding 강도를 얻을 수 있다. Aluminum-germanium (Al-Ge) 및 aluminum-indium (Al-In) 등의 조합이 eutectic bonding에 이용되어 각각 $424^{\circ}C$$454^{\circ}C$의 저온 공정을 성취하였으나 여전히 $400^{\circ}C$이상의 eutectic 온도로 인해 3D-ICs의 구현 시에는 적용이 불가능하다. 이러한 metal 조합들에 비해 indium (In)과 tin (Sn)은 각각 $156^{\circ}C$$232^{\circ}C$로 굉장히 낮은 녹는점을 가지고 있기 때문에 In-Sn 조합은 약 $120^{\circ}C$ 정도의 상당히 낮은eutectic 온도를 갖는다. 따라서 본 연구팀은 In-Sn 조합을 이용하여 $200^{\circ}C$ 이하에서monolithic 3D-IC 구현 시 사용될 eutectic bonding 공정을 개발하였다. 100 nm SiO2가 증착된 Si wafer 위에 50 nm Ti 및 410 nm In을 증착하고, 다른Si wafer 위에 50 nm Ti 및 500 nm Sn을 증착하였다. Ti는 adhesion 향상 및 diffusion barrier 역할을 위해 증착되었다. In과 Sn의 두께는 binary phase diagram을 통해 In-Sn의 eutectic 온도인 $120^{\circ}C$ 지점의 조성 비율인 48 at% Sn과 52 at% In에 해당되는 410 nm (In) 그리고 500 nm (Sn)로 결정되었다. Bonding은 Tbon-100 장비를 이용하여 $140^{\circ}C$, $170^{\circ}C$ 그리고 $200^{\circ}C$에서 2,000 N의 압력으로 진행되었으며 각각의 샘플들은 scanning electron microscope (SEM)을 통해 확인된 후, 접합 강도 테스트를 진행하였다. 추가로 bonding 층의 In 및 Sn 분포를 확인하기 위하여 Si wafer 위에 Ti/In/Sn/Ti를 차례로 증착시킨 뒤 bonding 조건과 같은 온도에서 열처리하고secondary ion mass spectrometry (SIMS) profile 분석을 시행하였다. 결론적으로 본 연구를 통하여 충분히 높은 접합 강도를 갖는 In-Sn eutectic bonding 공정을 $140^{\circ}C$의 낮은 공정온도에서 성공적으로 개발하였다.

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A Study of Frangibility of 9MM Bullet Related to Material Composition and Sinter Condition (합금 조성 및 소결 조건에 따른 9MM 탄자의 파쇄성에 관한 연구)

  • Kim, Bo-Ram;Seo, Jung-Hwa;Jung, Hee-Chur;Kim, Kyu-Young
    • Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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    • v.21 no.5
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    • pp.615-622
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    • 2020
  • Frangible bullets, which are shredded after impact on a target, reduce the possibility of both ricochet and unexpected injury in shooting training and in mission acts in dams, nuclear power plants, and cultural properties. Reducing the levels of hazardous materials in shooting ranges, such as lead, has become an important agenda for the government and environmental groups. In this study, the shape of a frangible bullet was designed for efficient shredding, and the safety and reliability were confirmed by actual firing under different process conditions. In addition, the physical characteristics, such as compaction pressure, density, and frangibility of each process, were compared by analyzing the microstructure of the sintered frangible bullet. The experiment revealed the smallest fragmentation after impact on the target under the following conditions: Cu-Sn 85:15; sintering temperature, 600℃; sintering time, one hour. Further development of the process conditions and experimental methods will contribute to the performance and environmental improvement of a frangible bullet.

Microstructures and Magnetic Properties of $ThMn_{l2}-type$ Sm-Fe-Ti Melt-Spun Ribbons ($ThMn_{12}$형 Sm-Fe-Ti 급냉응고리본의 미세구조 및 자기특성)

  • 김윤배;유권상;김동환;김창석
    • Journal of the Korean Magnetics Society
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    • v.1 no.1
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    • pp.25-29
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    • 1991
  • It has been found that the as-quenched ribbons of $Sm_{x}Fe_{100-x-y}Ti_{y}(3.8{\leq}x{\leq}11.5,\;3.8{\leq}y{\leq}19.2)$ are composed of metastable $TbCu_{7}-type$ structure, ${\alpha}-(Fe,\;Ti),\;Fe_{2}Ti$ and an unknown phase accompanying strong diffraction line at $d=2.14{\AA}$. The metastable $TbCu_{7}-type$ phase, which was formed by rapid quenching, did not transform fully to the stable phases after annealing at $850^{\circ}C$ for 45 minutes except the one existed in $SmFe_{11}Ti$ melt-spun ribbon. The $SmFe_{11}Ti$ melt-spun ribbon, annealed at $850^{\circ}C$ for 45 minutes in vacuum, was found to be composed of $ThMn_{12}$. $\alpha$-(Fe, Ti) and $Fe_{2}Ti$ phases. The formation of $\alpha$-(Fe, Ti) and $Fe_{2}Ti$ phases in this melt-spun ribbon was due to the evaporation of Sm atoms during the high temperature annealing. The atomic ratios for the surface and the inside of $SmFe_{11}Ti$ melt-spun ribbon annealed in vacuum were $SmFe_{25.8}Ti_{2.6}$ and $SmFe_{11.7}Ti_{1.0}$ respectively. It is thought to be that much of $\alpha$-(Fe, Ti) and $Fe_{2}Ti$ phases exist on the surface of ribbon.

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High-Yield Gas-Phase Laser Photolysis Synthesis of Germanium Nanocrystals for High-Performance Lithium Ion Batteries (고성능 리튬이온 전지를 위한 저마늄 나노입자의 가스상 레이저 광분해 대량 합성법 개발)

  • Kim, Cang-Hyun;Im, Hyung-Soon;Cho, Yong-Jae;Chung, Chan-Su;Jang, Dong-Myung;Myung, Yoon;Kim, Han-Sung;Back, Seung-Hyuk;Im, Young-Rok;Park, Jeung-Hee;Song, Min-Seob;Cho, Won-Il;Cha, Eun-Hee
    • Journal of the Korean Electrochemical Society
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    • v.15 no.3
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    • pp.181-189
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    • 2012
  • We developed a new high-yield synthesis method of free-standing germanium nanocrystals (Ge NCs) by means of the gas-phase photolysis of tetramethyl germanium in a closed reactor using an Nd-YAG pulsed laser. Size control (5-100 nm) can be simply achieved using a quenching gas. The $Ge_{1-x}Si_x$ NCs were synthesized by the photolysis of a tetramethyl silicon gas mixture and their composition was controlled by the partial pressure of precursors. The as-grown NCs are sheathed with thin (1-2 nm) carbon layers, and well dispersed to form a stable colloidal solution. Both Ge NC and Ge-RGO hybrids exhibit excellent cycling performance and high capacity of the lithium ion battery (800 and 1100 mAh/g after 50 cycles, respectively) as promising anode materials for the development of high-performance lithium batteries. This novel synthesis method of Ge NCs is expected to contribute to expand their applications in high-performance energy conversion systems.

Variation of Magnetic Properties of Fe-Si Compressed Cores with Si Content (Si 함량에 따른 Fe-Si 압분코어의 자기적 특성)

  • Jang, Pyung-Woo;Lee, Bong-Han;Choi, Gwang-Bo
    • Journal of the Korean Magnetics Society
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    • v.20 no.1
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    • pp.13-17
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    • 2010
  • Fe-3, 4.2 and 6.8% Si compressed cores were fabricated, and then electrical resistivity, AC and DC magnetic properties, microhardness, and other properties were analyzed in order to know whether best soft magnetic properties could be also obtained in an Fe-Si compressed core with the well-known composition of Fe-6.5% Si. With increasing the silicon content, eddy current loss and hysteresis loss decreased and increased, respectively, so that a minimum total loss was not obtained in the well-known Fe-6.8 % Si cores, but obtained in the Fe-4.2 % Si cores. Also electrical resistivity of the cores and hardness of the particles increased monotonously with silicon content so that compaction ratio of the cores decreased. B2 and $DO_3$ ordered phase could be observed only in Fe-6.8% Si powder. A minimum loss and highest permeability of the Fe-4.2 % Si cores can be explained by the ratio of specific electrical resistivity of insulator to that of magnetic particles, micro-hardness, compaction ratio and demagnetization coefficient of the Fe-Si powder particles with silicon content.

A study on magnetron source design and characteristics for super high rate deposition (초고속 증착용 마그네트론원 설계 및 특성에 관한 연구)

  • 빈진호;남경훈;한전건
    • Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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    • 2001.06a
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    • pp.8-8
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    • 2001
  • 초고속 증착은 짧은 시간에 박막 형성을 가능하게 하므로 window glass 코팅등의 대면적 코팅에 있어서 비용을 절감 시키고, 대량생산을 가능하게 만들기 때문에 관심이 집중되고 있다. 고속증착 공정으로는 high current arc, laser arc, hollow cathode discharge ion plating 그리고 마그네트론 스퍼터링법 등이 있다. 특별히 마그네트론 스퍼터링법은 3m이상의 넓이에 코팅을 할때 두께가 매우 균일하며, 증착율은 evaporation 공정에 비해 경제적, 기능적인 면에서 효율적이다. 그리고 증착된 박막은 매우 조밀하고 좋은 밀착력을 갖고 있으며, 고융점 금속을 포함하여 금속 합금 및 혼합물의 비율을 조정 및 금속 산화물, 질화물, 탄화물 등과 같은 금속의 증착도 stoichiometry를 조정하여 박막을 합성 시키는데 있어서 효과적이다. 이러한 초고속 증착을 만들기 위한 마그네트론 스퍼터링법의 요건은 마그네트론 원이 높은 타켓 power density를 가져야 하며, 타켓에서 효율적으로 플라즈마를 구속하여 스퍼터 되는 이온의 양을 최대화 시킬 수 있어 한다. 따라서 본 실험에서는 초고속 증착을 위해서 직경 50mm 타켓의 UBM magnetron원을 설계 제작하였다. 고밀도의 플라즈마를 형성시키기 위해서, Poisson simulation c code를 이용하여 자기장의 방향, 세기 및 밀도를 측정 하였고, 자기장 측정기(Gauss meter)를 이용하여 실제 자장을 측정 비교 분석하였다. 상기의 data를 바탕으로 여러 형상의 마그네트론원을 설계, 제작하였고. 마그네트론 원의 특성 분석을 위해 I-V 방전 특성을 평가하였고 substrate ion current density와 박막의 증착율을 측정하였다.duty-on 시간의 증가에 따라 $Cr_2N$ 상의 형성이 점점 많아져 80% duty-on 시간 경우에는 거의 CrN과 $Cr_2N$ 상이 공존하는 것으로 나타났다. 또한 duty-on 시간이 증가할수록 회절피크의 세기가 증가하여 결정화가 더 많이 진행되어짐을 알 수 있었다. 마찬가지로 바이어스 펄스이 주파수에 다른 결정성의 변화도 펄스의 주파수가 증가할수록 박막이 결정성이 좋아지고 $Cr_2N$ 상이 쉽게 형성되었다. 증착 진공도에 따른 결정성은 상대적으로 질소의 농도가 높은 낮은 진공도에서는 CrN 상이 주로 형성되었으며, 반대로 높은 진공도에서는 $Cr_2N$ 상이 많이 만들어졌다. 즉 $1.3{\times}10^{-2}Torr$의 증착 진공도에서는 CrN 상만이 보이는 반면 $9.0{\tiems}1-^{-2}Torr$ 진공도에서부터 $Cr_2N$ 상이 형성되기 시작하여 $5.0{\tiems}10^{-2}Torr$ 진공도에서는 두개의 상이 혼재되어 있음을 알 수 있었다. 박막의 내마모성을 조사한 결과 CrN 박막의 마찰 계수는 초기에 급격하게 증가한 후 0.5에서 0.6 사이의 값으로 큰 변화를 보이지 않았으며, $Cr_2N$ 박막도 비슷한 거동을 보였다.차 이, 목적의 차이, 그리고 환경의 의미의 차이에 따라 경관의 미학적 평가가 달라진 것으로 나타났다.corner$적 의도에 의한 경관구성의 일면을 확인할수 있지만 엄밀히 생각하여 보면 이러한 예의 경우도 최락의 총체적인 외형은 마찬가지로 $\ulcorner$순응$\lrcorner$

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High Pressure Leaching of Matte Converted from Cobalt Concentrate from Democratic Republic of the Congo (콩고산 코발트 정광으로부터 제조한 매트의 고온고압침출)

  • Kim, Gunha;Kang, Ga-hee;Kim, Sookyung;Sohn, Jeongsoo;Kwon, Kyungjung
    • Resources Recycling
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    • v.24 no.4
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    • pp.32-37
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    • 2015
  • Cobalt is abundant only in some countries including Democratic Republic of the Congo. It would be necessary to secure overseas Co ores and Co extraction technology. Two kinds of matte varying the sulfur content were manufactured by smelting reduction of Co concentrate containing ~8 wt% Co, ~19 wt% Cu, and ~3 wt% Fe. The amount of Co, Cu and Fe was concentrated to 19~21 wt%, 39~41 wt%, and 7~9 wt% respectively in the resulting matte. High-pressure leaching of matte was performed in an autoclave with considering the effect of oxidizing agent, $H_2SO_4$ concentration as a lixiviant, and the amount of sulfur added to the matte. An oxidizing agent (oxygen) is necessary to improve Co leaching efficiency enabling usage of a dilute $H_2SO_4$ leaching agent. An increase in $H_2SO_4$ concentration prevents selective leaching of Co, and the sulfur content in matte has a minor influence on the Co leaching efficiency.

An Electrochemical Evaluation of the Corrosion Properties of the Steel with the Type and the Thickness of Metallizing Coatings (금속용사 코팅제의 종류 및 두께에 따른 강재 내식성의 전기화학적 평가)

  • Kang, Myeong-Sik;Eom, Sung-Hyun;Cho, Yeon-Chul;Ahn, Jae-Woo;Kim, Seong-Soo;Lee, Jeong-Bae
    • Resources Recycling
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    • v.25 no.3
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    • pp.55-62
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    • 2016
  • Steel structures exposed to extremely corrosive environment like marine environments and industrial area are generally manufactured by applying various protection treatment to increase their lifetime. Metal spraying is one of the protection methods to overcome some drawbacks of the widely employed technologies. Therefore, lots of research needs to be done to improve the corrosion resistance of steel structures. In this study, the corrosion resistance of steel structures was evaluated with the variation in the type and thickness of metal spray by measuring the corrosion potential and current density. As a raw material for spraying, Zn, Al and their mixture were employed to obtain coating thickness of $30{\sim}100{\mu}m$. Our data indicated that the pure zinc coating with $100{\mu}m$ showed the lowest corrosion potential. In the case of pure Al and Zn 85%-Al 15%, the corrosion potential and current density was decreased compared to pure zinc. It was found that the corrosion potential was decreased with the increase of coating thickness irrespective of the type of the coating.

A Study on the Sound Amplitude and Decaying Time of the Jing Depending on the Depth of Rim (징악기의 RIM 깊이에 따른 음향 증폭 및 음향 지속 시간에 관한 연구)

  • Sohn Jung-ho;Bae Myung-Jin
    • Journal of Broadcast Engineering
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    • v.9 no.4 s.25
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    • pp.424-433
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    • 2004
  • Jing(gong) is one of the most well known Korean traditional Samulnori instruments to the general public. Samulnori is consisted of four instruments, them being : the jingo the janggu (hour-glass drum). the kkwaenggwari, and the buk(drum). Of the four instruments, the jing with its deep, and yet soft and beautiful long lingering sound embraces the sounds of the other three. The jing is a brassware instrument, a compound of $70{\%}\;copper\;and\;22{\%}\;tin.$\;A high quality brassware is used when the jing is made. The jing is shaped with a 39-40cm circular plate and a rim that gives 7.0-7.5cm of depth to the instrument. Even with its most simple structure, when the circular plate is hit during performance, the rim which supports the circular plate gives resonance to the sound making low-frequency sounds. Therefore the range of the representative frequency of the full rim jing is between $118.4{\~}366.0[Hz],$\;the lingering sound lasts for more than 20 seconds afterwards. When the jing with half of its rim cut off is hit the basic frequency is $139.9{\~}387.5[Hz].$\;And the sound lasted for ten more seconds. The jing of its rimless frequencies are distributed between $990.5{\~}1,372[Hz].$\;And the lingering sound lasts for 5seconds afterwards. Therefore, different thickness and depth of the rim may give new resonance frequencies and alter the longing time of the sound. This thesis paper will try to reveal the relationship between the thickness or depth of the rim (which holds the bending circular plate) and the frequency or the lasting time of the sound.