• 대한치과보철학회지
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• 제39권1호
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• pp.84-95
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• 2001

Titanium is widely used in dentistry for its low density, high strength, fatigue resistance, corrosion resistance, and biocompatibility. But it has a tendency of surface damage under circumstance of friction and impact for its low hardness of the surface. Coating is one of methods fir increasing surface hardness. Its effect is to improve surface physical characteristics without change of titanium. Diamond-like carbon and titanium nitride are known for its high hardness of the surface. So that this study was aimed at the wear test and the cytotoxicity test of the commercially pure titanium and Ti-6Al-4V alloy which were deposited by diamond-like carbon film or titanium nitride film to acertain improvement of the surface hardness and the biocompatibility. A disk (25mm diameter, 2mm thickness) was made of commercially pure titanium and Ti-6Al-4V alloy and these substrates were deposited by diamond-like carbon film or titanium nitride film. Diamond-like carbon film was deposited by the method of radiofrequency plasma assisted chemical vapor deposition and titanium nitride film was deposited by the method of reactive arc ion plating. Then these substrates were tested about wear characteristics by the pin-on-disk type wear tester in which ruby ball was used as a wear causer under the load of 32N, The fracture cycles were measured by rotating the substrates until their films were fractured. The wear volume was measured after 150 cycles and 3,000 cycles using surface profiler. The cytotoxicity test was peformed by the method of the MTT assay. The results were as follows : 1. In the results of the wear volume test, commercially pure titanium and titanium alloy which were coated by diamond-like carbon film or titanium nitride aim had higher resistance against wear than the substrates which were not coated by any films (P<0.05). 2. In the results of the fracture cycle test and the wear volume test, diamond-like carbon film had higher resistance against wear than titanium nitride film (P<0.05). 3. In both coatings of diamond-like carbon aim and titanium nitride film, Ti-6Al-4V alloy had higher resistance against wear than commercially pure titanium (P<0.05) 4. In the results of the cytotoxicity test, diamond-like carbon film and titanium nitride film had little cytotoxicity as like commercially pure titanium or Ti-6Al-4V alloy (P>0.05).

• 한국표면공학회지
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• 제50권6호
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• pp.473-479
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• 2017

CrN coatings have been used as protective coatings for cutting tools, forming tools, and various tribological machining applications because these coatings have high hardness. Cr-Al-N coatings have been investigated to improve the properties of CrN coatings. Cr-Al-N coatings were fabricated by a hybrid physical vapor deposition method consisting of unbalanced magnetron sputtering and arc ion plating with different working pressure and substrate bias voltage. The phase analysis of the composition was performed using XRD (x-ray diffraction). Cr-Al-N coatings were grown with textured CrN phase and (111), (200), and (220) planes. The adhesion strength of the coatings tested by scratch test increased. The friction coefficient and removal rate of the coatings were measured by a ball-on-disk test. The friction coefficient and removal rate of the coatings decreased from 0.46. to 0.22, and from $2.00{\times}10^{-12}m^2/N$ to $1.31{\times}10^{-13}m^2/N$, respectively, with increasing bias voltage. The tribological properties of the coatings increased with increasing substrate bias voltage.

• 한국분말재료학회지
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• 제30권5호
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• pp.415-423
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• 2023

With the increasing attention to environmental pollution caused by particulate matter globally, the automotive industry has also become increasingly interested in particulate matter, especially particulate matter generated by automobile brake systems. Here, we designed a coating composition and analyzed its mechanical properties to reduce particulate matter generated by brake systems during braking of vehicles. We designed a composition to check the mechanical properties change by adding Cr₃C₂ and YSZ to the WC-Ni-Cr composite composition. Based on the designed composition, coating samples were manufactured, and the coating properties were analyzed by Vickers hardness and ball-on-disk tests. As a result of the experiments, we found that the hardness and friction coefficient of the coating increased as the amount of Cr₃C₂ added decreased. Furthermore, we found that the hardness of the coating layer decreased when YSZ was added at 20vol%, but the friction coefficient was higher than the composition with Cr₃C₂ addition.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2000년도 제18회 학술발표회 논문개요집
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• pp.126-126
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• 2000

다이아몬드상 카본(DLC) 필름은 경도가 높고, 마찰계수가 낮다는 장점을 가지고 있기 때문에 내마모성 코팅이나 윤활성코팅에 응용을 위한 연구가 활발히 진행중이다. 하지만 마찰계수가 주변환경에 매우 큰 영향을 받는다는 단점이 있다. 이러한 단점은 DLC필름의 응용에 대한 저해 요인이 되며, 이 점을 보완하기 위해서 DLC 필름에 Si을 첨가하는 연구들이 진행되고 있다. 본 실험에서는 r.f-PACVD 법을 이용하여 Si이 첨가된 DLC 필름의 주위 환경 변화에 따른 마찰특성의 변화를 연구하였다. 사용한 반응 가스는 벤젠(C6H)과 희석된 Silane(SiH4 : H2 = 10 : 90)이며, 희석된 Silane과 벤젠의 첨가비율을 조절하여 필름내 Si의 함량을 조절하였고, 증착시 바이아스의 전압은 -400V로 하였다. 마찰테스트는 Ball-on-Disk type의 조건에서 대기, 건조공기, 진공의 세가지 분위기에서 마찰테스트를 실행하였다. 실험결과 마찰계수는 건조공기, 대기, 진공의 순으로 증가하였고, 필름내에 포함되어 있는 Si의 양이 증가할수록 마찰계수는 낮고 안정한 값을 나타내었다. Tribochemiacal 분석과, ball과 track의 전자현미경 사진 분석 결과, 진공에 비해서 건조공기와 대기중에서 마찰계수가 낮은 것은 DLC 필름내에 마모 track 중심부에 Si-C-O 계의 화합물이 형성되어, 이 화합물이 마찰계면에 존재하여 마찰계수를 낮추었음을 확인하였다. 그리고 대기중에서 실험한 경우, 습기의 존재로 인해 마모입자가 볼의 표면에서 엉김으로써 건조공기의 상태에서 보다 높은 마찰저항을 갖게 됨으로 인하여 마찰계수가 높아짐을 알 수 있었다.a)는 as-deposit 상태이며, 그림 1(b)는 45$0^{\circ}C$, 60min 열처리한 plan-view TEM 사진이다.dical의 영향을 조사하였으며 oxygen radical의 rf power에 따른 변화는 OES(Optical emission spectroscopy)를 사용하였다. 너무 적은 oxygen ion beam flux나 oxygen radical은 film의 전도도 및 투과도를 저하시켰고 반면 너무 과도한 flux의 증가 시는 전도도는 감소하였고 투과도는 증가하는 경향을 보였다. 기판에 도달하는 oxygen ion flux는 faraday cup을 이용하여 측정하였으며 증착된 ITO film은 XPS, UV-spectrometer, 4-point probe를 이용하여 분석하였다. 때문으로 생각되어진다. 또한, 성장 온도가 낮아짐에 따라 AlGaN의 성장을 저해하기 때문으로 판단된다. 성장 온도 변화에 따라 성장된 V의 구조적 특성 및 표면 거칠기 변화를 관찰하여 AlGaN의 성장 거동을 논의하겠다.034, 0.005 정도로 다시 감소하였다. 박막의 유전율은 약 35 정도의 값을 나타내었으며 X-선 회절 data로부터 분석한 박막의 변형은 증온도에 따라 7.2%에서 0.04%로 감소하였고 이 이경향은 유전손실은 감소경향과 일치하였다.는 현저하게 향상되었다. 그 원인은 SB power의 인가에 의해 활성화된 precursor 분자들이 큰 에너지를 가지고 기판에 유입되어 치밀한 박막이 형성되었기 때문으로 사료된다.을수 있었다.보았다.다.다양한 기능을 가진 신소재 제조에 있다. 또한 경제적인 측면에서도 고부가 가치의 제품

• 한국해양공학회:학술대회논문집
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• 한국해양공학회 2004년도 학술대회지
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• pp.347-351
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• 2004

[ $Si_3N_4$ ] composites have been extensively studied for engineering ceramics, because it has excellent room and high temperature strength, wear resistance properties, good resistance to oxidation, and good thermal and chemical stability. In the present work, carbon short fiber reinforced $Si_3N_4$ ceramics were fabricated by hot press method in $N_2$ atmosphere at $1800^{\circ}C$ using $Al_2O_3\;and\;Y_2O_3$ as sintering additives. Content of carbon short fiber was $0\%,\;0.1\%\;and\;0.3\%$. The composites were evaluated in terms of density, flexural strength and elastic modulus through the 3-point bending test at room temperature. Also, The wear behavior was determined by the pin on disk wear tester using silicon nitride ball. Experimental density and flexural strength decreased with increasing content of carbon fiber. But specific modulus increased with increasing content of carbon fiber. In addition, friction coefficient and specific wear loss decreased with increasing content of carbon short fiber by reason of interfacial defects between matrix and fiber.

• 구강회복응용과학지
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• 제17권3호
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• pp.199-204
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• 2001

This study was to investigate the reused possibility of zirconia reinforced glass-ceramic(IPS Empress Cosmo ceramic) with sprue button in the flexure strength and fracture toughness. 40 disk-shaped ceramic specimens (20 specimens: as-pressed material; 20 specimens: reused material) with approximately 1.7 mm thickness and 15 mm diameter were prepared by "lost wax" technique. The remnants(sprue buttons) were used for repressing. The surface treatments for the discs were gradually abraded with 320, 800, 1200, and 2000 grit SiC sandpaper. The specimens were evaluated their flexure strength with the biaxial flexure jig(ball-on-three balls) and their fracture toughness with Vickers Indentation-microfracture test. The Weibull moduli were calculated for biaxial flexural strength. The mean flexure strength and fracture toughness of each group were $122.2{\pm}18.3MPa$, $1.00{\pm}0.09MPa{\cdot}m^{0.5}$ (as-pressed ceramics), and $122.2{\pm}20.3MPa$, $1.01{\pm}0.10MPa{\cdot}m^{0.5}$ (reused ceramics). There were no significant differences in the strength and the fracture toughness between the as-pressed and the reused IPS Empress Cosmo ceramic (P>0.05). This implied zirconia reinforced glass-ceramic(IPS Empress Cosmo ceramic) could be used one more time by reusing of sprue button in the flexure strength and fracture toughness.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2016년도 추계학술대회 논문집
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• pp.150-150
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• 2016

디스플레이, 센서 등 전자소자는 소형화 단계를 지나 인체 부착형 소자로의 발전을 요구하고 있다. 부착형 소자에서는 접착력과 큰 마찰력이 필요하지만 마찰특성이 더 중요하므로 인체 및 물체의 마찰을 위해서는 다양한 표면에 대항하는 마찰 특성과 내구성이 요구되며 이를 위해 개코도마뱀 또는 딱정벌레, 말벌날개와 같은 자연모사형 건식 마찰 방식에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 기존 폴리머를 이용하여 자연모사형 마이크로/나노 구조 형성은 기계적으로 가공된 금형 몰딩을 통한 매무 복잡한 공정을 요구된다. 본 연구에서는 이러한 복잡한 공정을 통한 마찰재 제작을 단순화하기 위해서 플라즈마 표면처리를 활용하여 나노구조 형성하는 방법을 소개하고자 하며, 건식 접착 및 마찰용 폴리머 소재(PDMS(Poly dimethyl siloxane))에 따른 표면구조 변화와 표면에너지 및 화학결합 변화에 대한 연구를 수행하였다. 플라즈마 표면처리를 위해서 자체 개발한 선형이온소스를 활용하였으며 입사에너지에 따라 표면형상 변화를 주사전자현미경을 활용하여 관찰하였다. 표면에너지 변화는 접촉각측정기를 활용하였으며, Tribology tester(Ball on disk)를 활용하여 마찰특성을 평가하였다. PDMS(Poly dimethyl siloxane)는 입사에너지가 증가함에 따라 주름형태 구조 크기가 증가하는 것을 관찰하였고, 플라즈마 처리를 통해 표면에너지 및 마찰력 증가를 관찰하였다. 그리고 플라즈마 처리 후 표면에너지 변화인 FOTS(Trichloro-(1H,1H,2H,2H- perfluorooctyl) silane) 처리를 통하여 표면에너지 감소와 마찰력이 절반으로 감소하였다. 본 연구 결과는 나노구조에 따라 표면형상 및 표면에너지 변화에 따른 PDMS의 마찰력 변화를 확인하였고, 이러한 특성을 활용하여 마찰재와 피부 부착형 접착 패치에 응용이 가능할 것으로 기대된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.227-227
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• 2010

동력 전달을 위한 구동 부품에 대한 내마모성 개선을 통한 에너지 효율 및 부품의 수명 향상에 대한 사회적 관심이 급증하고 있다. 특히, 최근에는 자동차용 구동부품에 저마찰 내마모 특성이 우수한 Mo-N-Cu 나노복합체 박막에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 연구에서는 Mo-N-Cu 나노복합체 박막을 마그네트론 스퍼터링 증착법을 활용하였고, 이때 Mo 및 Cu 타겟을 적용하여 동시에 증착하였다. 진공 챔버의 진공도는 $5{\times}10^{-6}\;Torr$ 이하의 초기 진공도를 확보한 이후, 알곤 및 질소 가스를 주입하여 공정 압력이 5 mTorr 수준이 되도록 하였다. 이때 N2/(Ar+N2) = 0.5를 유지하였다. Mo-N-Cu 박막내에 Cu 함량 변화를 위해 Mo 캐소드는 D.C. 1 kW로 고정하고 Cu 캐소드에 R.F. 파워를 0, 40, 60, 80 W로 변화하였다. 박막의 두께는 증착시간을 변화하면서 $1\;{\mu}m$ 이상이 되도록 하였다. Cu 캐소드에 인가된 파워의 변화에 따라 Mo-N-Cu 박막내 Cu 함유량은 10 at.%까지 변화되는 것을 EDX 분석을 통해 확인하였다. 또한 증착된 Mo-N-Cu 박막의 표면 및 단면에 대한 FE-SEM 분석을 통하여 전형적인 주상구조를 지닌 MoN 박막에서 Cu 함량이 증가할수록 Mo-N-Cu 박막의 결정성을 방해하는 것을 확인하였다. 또한 XRD 분석을 통하여 박막의 결정 구조 분석을 하였고, Nano Indentor를 통하여 30 GPa 수준의 고경도를 지닌 박막이 형성됨을 확인하였다. 박막의 내마모 특성 평가를 위해 ball-on-disk 트라이보미터를 활용하여 마찰계수 평가를 수행하였고, Cu 함유량의 변화에 따라 마찰계수가 MoN 박막의 경우 0.8에서 Cu 함량이 5 at.%에서 0.15로 급격하게 낮아짐을 확인하였다.

• 한국표면공학회지
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• 제46권2호
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• pp.68-74
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• 2013

For the coating of diamond films on WC-Co tools, a buffer interlayer is needed because Co catalyzes diamond into graphite. W and Ti were chosen as candidate interlayer materials to prevent the diffusion of Co during diamond deposition. W or Ti interlayer of $1{\mu}m$ thickness was deposited on WC-Co substrate under Ar in a DC magnetron sputter. After seeding treatment of the interlayer-deposited specimens in an ultrasonic bath containing nanometer diamond powders, $2{\mu}m$ thick nanocrystalline diamond (NCD) films were deposited at $600^{\circ}C$ over the metal layers in a 2.45 GHz microwave plasma CVD system. The cross-sectional morphology of films was observed by FESEM. X-ray diffraction and visual Raman spectroscopy were used to confirm the NCD crystal structure. Micro hardness was measured by nano-indenter. The coefficient of friction (COF) was measured by tribology test using ball on disk method. After tribology test, wear tracks were examined by optical microscope and alpha step profiler. Rockwell C indentation test was performed to characterize the adhesion between films and substrate. Ti and W were found good interlayer materials to act as Co diffusion barriers and diamond nucleation layers. The COFs on NCD films with W or Ti interlayer were measured as less than 0.1 whereas that on bare WC-Co was 0.6~1.0. However, W interlayer exhibited better results than Ti in terms of the adhesion to WC-Co substrate and to NCD film. This result is believed to be due to smaller difference in the coefficients of thermal expansion of the related films in the case of W interlayer than Ti one. By varying the thickness of W interlayer as 1, 2, and $4{\mu}m$ with a fixed $2{\mu}m$ thick NCD film, no difference in COF and wear behavior but a significant change in adhesion was observed. It was shown that the thicker the interlayer, the stronger the adhesion. It is suggested that thicker W interlayer is more effective in relieving the residual stress of NCD film during cooling after deposition and results in stronger adhesion.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2017년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.162-162
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• 2017

AlCrN 코팅은 높은 경도, 낮은 표면 조도 등의 상온에서의 우수한 기계적 특성 이외에 고온에서 안정한 합금상의 형성으로 인하여 우수한 내열성을 보이는 코팅이며, Si을 첨가하여 나노복합구조를 갖는 AlCrSiN 코팅은 고경도 특성을 나타내는 나노결정립과 고내열성을 나타내는 $Si_3N_4$ 비정질이 동시에 존재함으로써 뛰어난 고온 특성까지 보유하여 공구 코팅으로의 적용 가능성이 크다. 본 연구에서는, 가혹화된 공구사용 환경 대응 하는 더욱 우수한 내마모성 및 내열성을 보이는 코팅막을 개발하기 위해 AlCrN/AlCrSiN 이중층 코팅을 합성하였다. 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. 내열성을 확인하기 위하여 코팅을 furnace에 넣어 500, 600, 700, 800, 900도에서 30분 동안 annealing한 후에 nano-indentation을 사용하여 경도를 측정을 하였다. 5:5, 7:3, 9:1의 두께 비율로 AlCrN/AlCrSiN 이중층 코팅을 합성하였으며 모든 코팅의 두께는 $3{\mu}m$로 제어되었다. AlCrN 코팅층의 두께가 증가할수록, 이중층 코팅의 경도 및 내마모성은 점차 향상되었지만 코팅의 밀착력은 감소하였다. 일반적으로 AlCrN 코팅은 상대적으로 높은 잔류응력을 갖고 있으므로, AlCrN 층의 두께비율이 증가함에 따라 코팅내의 잔류응력이 높아져 코팅의 경도는 증가하고 밀착특성은 낮아진 것으로 판단된다. AlCrSiN 상부층 공정시 기판 바이어스 전압을 -50 ~ -200V 로 증가시키면서 이중층 코팅을 합성하였다. XRD 분석 결과, 공정 바이어스 전압이 증가함에 따라 AlCrSiN 상부층은 점차 비정질화 되었고, 코팅의 경도와 표면 특성이 향상되는 것을 확인하였다. 이러한 특성 향상은 높은 바이어스 인가가 이온 충돌효과의 증가를 야기시켰으, 이로 인해 치밀한 코팅층 합성에 의한 결과로 판단된다. AlCrN/AlCrSiN 이중층 코팅을 어닐링 한 후 경도 분석 결과, -150, -200V에서 합성한 코팅은 900도 이상에서 26GPa 이상의 높은 경도를 보인 것으로 보아 우수한 내열성을 갖는 것으로 확인 되었다. 이는 AlCrSiN 상부층의 높은 Si 함량 (11at.%) 으로 인한 충분한 $Si_3N_4$ 비정질상의 형성과, 고바이어스 인가로 인한 AlCrN 결정상과 $Si_3N_4$ 비정질상의 고른 분배가 코팅의 내열성을 향상시키는데 기여를 한 결과로 판단된다.