• Title/Summary/Keyword: AL/CR ratio

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Enhanced Mechanical Properties and Thermal Stability of CrAlN Coatings by Interlayer Deposition (중간층 증착에 의한 CrAlN 코팅의 기계적 물성 및 내열성 향상에 관한 연구)

  • Kim, Hoe-Geun;Ra, Jeong-Hyeon;Song, Myeon-Gyu;Lee, Sang-Yul
    • Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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    • 2016.11a
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    • pp.100-100
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    • 2016
  • 물리기상증착방법 (Physical vapor deposition)에 의하여 합성된 천이금속 질화물 박막은 경도, 내마모성 등 절삭공구의 성능을 향상시키며, Ti-Al-N, Ti-Zr-N, Zr-Al-N, Cr-Si-N 등의 3원계 경질 박막에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 이중에서도 CrAlN 코팅은 높은 경도, 낮은 표면 조도 등의 우수한 기계적 특성 이외에 고온에서 안정한 합금상 형성으로 인하여 우수한 내열성을 보유하여 공구 코팅으로의 적용 가능성이 크다. 그러나 최근 공구사용 환경의 가혹화로 인하여 코팅의 내마모성 및 내열성 등의 물성 향상을 통한 공구의 수명 향상이 필요시 되고 있으며, 코팅에 적합한 중간층을 합성함으로써 공구 코팅으로의 적용 가능성을 높이는 연구들이 진행되고 있다. 본 연구에서는 CrAlN 코팅의 물성을 향상시키기 위해 CrAlN 코팅과 WC-Co 6wt.% 모재 사이에 CrN, CrZrN, CrN/CrZrSiN 등의 다양한 중간층을 합성하였으며, 중간층을 포함한 모든 코팅의 두께는 $3{\mu}m$ 로 제어하였다. 합성된 코팅의 미세조직, 경도 및 탄성계수, 내모성을 분석하기 위해 field emission scanning electron microscopy(FE-SEM), nano-indentation, ball-on-disk 마모시험기 및 ${\alpha}-step$을 사용하였다. 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. CrAlN 코팅을 나노 인덴테이션으로 분석한 결과, 모든 코팅의 경도(35.5-36.2 GPa)와 탄성계수(424.3-429.2 GPa)는 중간층의 종류에 상관없이 비슷한 값을 보인 것으로 확인됐다. 그러나, 코팅의 마찰계수는 중간층의 종류에 따라 다른 값을 보였으며, CrN/CrZrSiN 중간층을 증착한 CrAlN 코팅의 마찰계수는 0.34로 CrZrN 중간층을 증착한 CrAlN 코팅의 마찰계수(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. 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 ratio 는 각각 0.076, 0.083 으로 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 분석결과, CrN/CrZrSiN 중간층을 증착한 CrAlN 코팅은 $1,000^{\circ}C$까지 약 28GPa의 높은 경도를 유지한 것으로 확인 되었고, 이는 CrZrSiN 중간층 내에 존재하는 $SiN_x$ 비정질상의 우수한 내산화성에 의한 결과로 판단된다.

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Effect of Various Interlayer Deposition on Room Temperature and High Temperature Properties of CrAlN Coatings (다양한 중간층 증착이 CrAlN 코팅의 상온 및 고온 특성에 미치는 효과에 관한 연구)

  • Kim, Hoe-Geun;Ra, Jeong-Hyeon;Lee, Sang-Yul
    • Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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    • 2017.05a
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    • pp.143-143
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    • 2017
  • CrAlN 코팅은 높은 경도, 낮은 표면 조도 등의 상온에서의 우수한 기계적 특성 이외에 고온에서 안정한 합금상의 형성으로 인하여 우수한 내산화성 및 내열성을 보유하여 공구 코팅으로의 적용 가능성이 크다. 그러나 최근 공구사용 환경의 가혹화로 인하여 코팅의 내마모성 및 내열성 등의 물성 향상을 통한 공구의 수명 향상이 필요시 되고 있으며, 다양한 코팅 물질을 활용하여 다층 코팅을 합성함으로써 난삭재용 공구 코팅의 물성을 높이는 연구들이 진행되고 있다. 본 연구에서는 CrAlN 코팅과 WC-Co 6wt.% 모재 사이에 CrZrN, CrN, CrN/CrZrSiN 등의 중간층을 합성하여 CrAlN 코팅의 상온 및 고온 특성을 향상시키는 연구가 진행되었다. 합성된 코팅의 구조 및 물성을 분석하기 위해 field emission scanning electron microscopy(FE-SEM), nano-indentation, atomic force microscopy(AFM) 및 ball-on-disk wear tester를 사용하였다. 코팅의 고온 특성을 확인하기 위해 코팅을 furnace에 넣어 공기중에서 30분 동안 annealing 한 후에 nano-indentation을 사용하여 경도를 측정하였고, $500^{\circ}C$ annealing 코팅의 표면 조도 분석 및 $500^{\circ}C$에서 마찰마모시험을 실시하였다. CrAlN 코팅의 상온 특성을 분석한 결과, 모든 코팅의 경도(35.5-36.2 GPa)와 탄성계수(424.3-429.2 GPa)는 중간층의 종류에 상관없이 비슷한 값을 보인 것으로 확인됐다. 그러나, CrN/CrZrSiN 중간층을 증착한 CrAlN 코팅의 마찰계수는 0.33로 CrZrN 중간층을 증착한 CrAlN 코팅의 마찰계수(0.41)에 비해 향상된 값 보였으며, 코팅의 마모율 및 마모폭도 비슷한 경향을 보인 것으로 보아 코팅의 내마모성이 향상된 것으로 판단된다. 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, 0.083 으로 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. 내열성 시험 결과, CrN/CrZrSiN 중간층을 증착한 코팅은 $1,000^{\circ}C$까지 약 28GPa의 높은 경도를 유지한 것으로 확인 되었다. $500^{\circ}C$ annealing 후 진행된 표면 조도와 마모시험 결과, 모든 코팅의 조도 값 및 마찰계수는 상온 값에 비해 증가하였으며 CrN/CrZrSiN 중간층을 증착한 CrAlN 코팅의 변화량이 가장 낮은 값을 보였다. 이는 CrZrSiN 중간층 내에 존재하는 $SiN_x$ 비정질상이 고온 annealing시에 산소 차폐막 역할을 하여, 코팅내의 잔류 산소에 의한 산화작용을 효과적으로 방지함으로써 코팅의 고온 특성이 향상된 것으로 판단된다.

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Study on the Correlation between Refractive error and Components of Eye's Optical system in Children and Teenagers in an Optometric Practice (안과 병원을 내원한 소아 청소년의 굴절이상과 안광학 성분간의 상관관계 연구)

  • Ha, Na-Ri;Kim, Hyun Jung
    • Journal of Korean Ophthalmic Optics Society
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    • v.17 no.1
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    • pp.67-74
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    • 2012
  • Purpose: The purpose of this study to evaluate visual acuity and refractive state and measure and analyze the components of eye's optical system in children and teenagers. Methods: With subjects of 124 (230 eyes) children and teenagers who had no eye diseases, correlation between the correlation between refractive errors and component's of eye's optical system was investigated. The spherical equivalent power of cycloplegic clinical refraction or manifest clinical refraction(SE), corneal power(CP), corneal radius(CR), axial length(AL), anterior chamber depth(ACD) and axial length to corneal radius (AL/CR) ratio were measured and analysed. Results: the SE was negatively correlated with the AL(r = -0.80, p = 0.00), the ACD(r = -0.35, p = 0.00) and the CR(r = -0.11, p=0.00) and positively correlated with the CP(r = +0.11, p=0.00). The AL was positively correlated with the AL/CR ratio (r = +0.84, p = 0.00), the ACD(r = +0.47, p=0.00) and the CR(r = +0.38, p = 0.00) and negatively correlated with the CP(r = -0.38, p=0.00). The CR was negatively correlated with CP(r = -1.00, p = 0.00), the AL/CR ratio(r = -0.19, p = 0.00) and the ACD(r = -0.06, p = 0.39). The CP was positively correlated with the AL/CR ratio(r = +0.19, p = 0.00) and the ACD(r = +0.06, p = 0.39). The ACD was positively correlated with the AL/CR ratio(r = 0.53, p = 0.00). Conclusions: the highest change of refractive errors was shown that the AL/CR ratio was a very important indicator for diagnosing the refractive errors of the children and teenagers.

The Correlation of Refractive Error and Ocular Dimensions in Older Age (고령의 연령에서 굴절이상과 안광학 성분들의 연관성 분석)

  • Lim, Byung Kwan;Jeon, Soon-Woo;Jeong, Youn Hong
    • Journal of Korean Ophthalmic Optics Society
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    • v.16 no.3
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    • pp.293-297
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    • 2011
  • Purpose: This study was to know the correlation among refractive error and the dimensions of ocular components on older adults. Methods: The subjects were 95 older age who had no eye diseases. The refractive error, corneal radius, corneal diopter, axial length, anterior chamber depth and lens thickness were measured and analysed. Results: The axial length(AL)/corneal radius(CR) ratio was positively correlated with the corneal diopter, axial length, the anterior chamber depth. Then it was negatively correlated with corneal radius. It was shown that the highest correlation was between the corneal diopter and axial length (r = -0.545, p = 0.000). The spherical equivalent of the refractive error was negatively correlated with the AL/CR ratio. Conclusions: It was shown that the AL/CR ratio was a very important indicator for diagnosing the refractive error of the old age.

The Electromagnetic Properties in Uncoupled funnel-junction with Various Cr Seed Layer (비결합형 터널접합구조에서 Cr 하지층에 따른 전자기적 특성변화)

  • Park, J.W.;Jeon, D.M.;Yoon, S.Y.;Lee, J.Y.;Suh, S.J.
    • Journal of the Korean Magnetics Society
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    • v.13 no.3
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    • pp.91-96
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    • 2003
  • Cross-geometrical Cr/Co/Al-Ox/Co/Ni-Fe tunnel junctions were fabricated by magnetron sputtering. To form an insulating layer, The Al layer was oxidized in an atmosphere of oxygen-argon mixture at low power after deposition. To enhance the coercivity of the bottom Co layer, The Cr seed layer was deposited on the glass and it led to increase in coercivity. The coercivity increase is due to the increase of roughness through the Cr thickness. In over oxidation time, the oxidation of Co bottom layer and flat interface of insulator can increase the bottom Co coercivity. But TMR ratio gradually decrease. TMR ratio is relevant with Cr thickness, insulator thickness, and oxidation time. The maximum TMR ratio was 14% at room temperature and the TMR ratio was decreased to half at 0.51 V.

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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Influence of Deposition Temperature on the Film Growth Behavior and Mechanical Properties of Chromium Aluminum Nitride Coatings Prepared by Cathodic Arc Evaporation Technique

  • Heo, Sungbo;Kim, Wang Ryeol
    • Journal of the Korean institute of surface engineering
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    • v.54 no.3
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    • pp.139-143
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    • 2021
  • Cr-Al-N coatings were deposited onto WC-Co substrates using a cathodic arc evaporation (CAE) system. CAE technique is recognized to be a very useful process for hard coatings because it has many advantages such as high packing density and good adhesion to metallic substrates. In this study, the influence of deposition temperature as a key process parameter on film growth behavior and mechanical properties of Cr-Al-N coatings were systematically investigated and correlated with microstructural changes. From various analyses, the Cr-Al-N coatings prepared at deposition temperature of 450℃ in the CAE process showed excellent mechanical properties with higher deposition rate. The Cr-Al-N coatings with deposition temperature around 450℃ exhibited the highest hardness of about 35 GPa and elastic modulus of 442 GPa. The resistance to elastic strain to failure (H/E ratio) and the index of plastic deformation (H3/E2 ratio) were also good values of 0.079 and 0.221 GPa, respectively, at the deposition temperature of 450℃. Based on the XRD, SEM and TEM analyses, the Cr-Al-N coatings exhibited a dense columnar structure with f.c.c. (Cr,Al)N multi-oriented phases in which crystallites showed irregular shapes (50~100nm in size) with many edge dislocations and lattice mismatches.

The Effect of Nb-doped TiO2 Coating for Improving Stability of NiCrAl Alloy Foam (NiCrAl 합금 폼의 안정성 향상을 위해 코팅된 Nb-doped TiO2의 효과)

  • Jo, Hyun-Gi;Shin, Dong-Yo;Ahn, Hyo-Jin
    • Korean Journal of Materials Research
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    • v.29 no.5
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    • pp.328-335
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    • 2019
  • Nb-doped $TiO_2$(NTO) coated NiCrAl alloy foam for hydrogen production is prepared using ultrasonic spray pyrolysis deposition(USPD) method. To optimize the size and distribution of NTO particles based on good physical and chemical stability, we synthesize particles by adjusting the weight ratio of the Nb precursor solution(5 wt%, 10 wt% and 15 wt%). The morphological, chemical bonding, and structural properties of the NTO coated NiCrAl alloy foam are investigated by X-ray diffraction(XRD), X-ray photo-electron spectroscopy(XPS), and Field-Emission Scanning Electron Microscopy(FESEM). As a result, the samples of controlled Nb weight ratio exhibit a common diffraction pattern at ${\sim}25.3^{\circ}$, corresponding to the(101) plane, and have chemical bonding(O-Nb=O) at 534 eV. The NTO particles with the optimum weight ratio of N (10 wt%) show a uniform distribution with a size of ~18.2-21.0 nm. In addition, they exhibit the highest corrosion resistance even in the electrochemical stability estimation. As a result, the introduction of NTO coated NiCrAl alloy foam by USPD improves the chemical stability of the NiCrAl alloy foam by protecting the direct electrochemical reaction between the foam and the electrolyte. Thus, the optimized NTO coating can be proposed for excellent protection of NiCrAl alloy foam for hydrocarbon-based steam methane reforming(SMR).

The Effects of Mn and Cr Additions on the Microstructure of A356 Alloys Containing Impure Fe (불순 Fe를 함유한 A356 주조합금에서 미세조직 형성에 관한 Mn과 Cr의 효과)

  • Han, Sang-Won
    • Journal of Korea Foundry Society
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    • v.25 no.3
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    • pp.128-133
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    • 2005
  • The effects of Mn and Cr on the crystallization behaviors of Fe-bearing intennetallics in A356 alloy were studied. Coarse and acicular ${\beta}-Al_{5}$FeSi phase in A356-0.20wt.%Fe alloy was modified into small ${\alpha}$-Al(Fe,Mn)Si and ${\alpha}$-Al(Fe,Cr)Si phases in response to Mn and Cr addition, respectively. Increasing of Mn addition amount elevates the crystallizing temperature of ${\alpha}$-Al(Fe,Mn)Si and the Mn/Fe ratio in the ${\alpha}$-Al(Fe,Mn)Si. Cr is more effective to modify ${\beta}-Al_{5}$FeSi in comparison with Mn. ${\alpha}$-Al(Fe,Mn)Si phase had BCC/SC dual structure.

Study of the Axial Length/Corneal Radius Ratio in Determining the Refractive State of the Eye (굴절이상과 안축장/각막곡률반경 비와의 관계에 관한 연구)

  • Seo, Y.W.;Choe, Y.J.
    • Journal of Korean Ophthalmic Optics Society
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    • v.4 no.2
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    • pp.23-31
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    • 1999
  • The purpose of this study is to evaluate the relationship between axial length/corneal radius ratio and refractive error for human eye. Ocular components were measured Baush & Lomb keratometer, Holden-Payor pachometer, and Stoz Compuscan. Refractive error was measured by subjective refraction. The results were as follows; 1) Spherical equivalent refractive error and axial length/corneal radius ratio was very highly correlated with the correlation coefficient for -0.89. 2) Axial length/corneal radius ratio and axial length, vitreous chamber depth were highly correlated that the correlation coefficients were 0.82, 0.80 respectively. 3) Axial length/corneal radius ratio and anterior chamber depth, corneal power, corneal radius, lens power were correlated with the correlation coefficients for 0.57, 0.40, -0.39, -0.35 respectively. 4) There were no significant correlation between axial length/corneal radius ratio and lens thickness, and corneal thickness.

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