• Interaction and multiscale mechanics
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• 제6권3호
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• pp.301-316
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• 2013

The influence of indenter geometry on nanoindentation was studied using a static molecular dynamics simulation. Dislocation nucleation, dislocation locks, and dislocation movements during nanoindentation into Al (001) were studied. Spherical, rectangular, and Berkovich indenters were modeled to study the material behaviors and dislocation activities induced by their different shapes. We found that the elastic responses for the three cases agreed well with those predicted from elastic contact theory. Complicated stress fields were generated by the rectangular and Berkovich indenters, leading to a few uncommon nucleation and dislocation processes. The calculated mean critical resolved shear stresses for the Berkovich and rectangular indenters were lower than the theoretical strength. In the Berkovich indenter case, an amorphous region was observed directly below the indenter tip. In the rectangular indenter case, we observed that some dislocation loops nucleated on the plane. Furthermore, a prismatic loop originating from inside the material glided upward to create a mesa on the indenting surface. We observed an unusual softening phenomenon in the rectangular indenter case and proposed that heterogeneously nucleating dislocations are responsible for this.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권12호
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• pp.1453-1463
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• 2013

본 연구에서는 유한요소해석과 압입시험으로 압입자 형상이 압입균열특성에 미치는 영향을 조사했다. 본 논문에서는 Lee 등(2012)이 제시한 cohesive zone 모델특성 및 균열생성, 진전을 위한 해석조건에 기초해 다양한 균열해석을 수행했다. 우선, 사각뿔 및 삼각뿔 압입균열 시험과 해석을 비교해 해석모델의 유효성을 검증했다. 아울러 비대칭 압입자에 의한 압입시, 압입하부에서 비대칭 균열의 발생여부를 해석적으로 관찰했다. 최종적으로 압입발생 균열수와 균열길이 관계를 조사했다. 균열수와 균열길이 관계 및 동일 압입자형상(압입자 모서리수)에서 압입자각에 따른 균열길이 변화를 이용하면, 특정 압입자 형태의 압입시험에서 얻은 균열길이 만으로 다양한 압입자 형태의 균열길이를 예측할 수 있다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2008년도 추계학술대회A
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• pp.1-6
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• 2008

Due to the self-similarity of Berkovich and conical indenters, different materials may show the same loaddepth curve for single indentation. In this study, we first compare the load-depth characteristics of conical and Berkovich indenters via finite element method. We also analyze the variation of load-depth curves with angle of Berkovich indenter, indentation parameters, and material properties. With numerical regressions of obtained data, we then propose dual-Berkovich indentation formulae for material property evaluation. The proposed approach provides the values of elastic modulus, yield strength and strain-hardening exponent and corresponding stress-strain curve with an average error of less than 3%. The method is valid for any elastic indenters made of tungsten carbide and diamond for instance.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권9호
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• pp.943-951
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• 2014

마이크로/나노 압입시험에 사용되는 각뿔 혹은 원뿔형 압입자의 선단 형상은 제작한계 및 사용 중 마모 등으로 인해 필수적으로 곡면 형태를 띄게 된다. 많은 압입시험 관련 연구에서 각뿔형 압입자의 선단 형상은 편의상 구형으로 가정한 후, 얕은 압입에 대한 구형압입 이론식을 적용하고 있다. 이러한 가정에는 근본적으로 두 가지 문제점이 있는데, 첫 번째로 이론해의 정확성은 재료 물성치 및 압입자 형상에 따라 변화한다는 점이며, 두 번째로 각뿔형 압입자의 실제 선단 형상은 이상적인 구형이 아니라는 점이다. 본 연구에서는 유한요소해석에 기반하여 압입시험에 미치는 이 두 요소의 영향을 분석한다. 먼저 탄성 구형 압입시험에 대해 푸아송비와 하중-변위 곡선의 상관관계를 살펴보고, 이를 기반으로 수정된 구형 탄성 압입 관계식을 제시한다. 이어 가정된 Berkovich 선단 형상의 3차원 유한요소해석으로부터 압입깊이에 따른 하중-변위 곡선의 특성을 분석한다.

• 한국정밀공학회지
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• 제21권6호
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• pp.145-152
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• 2004

Depth-sensing indentation is wifely used for evaluation of mechanical properties of thin films. It is generally accepted that the most significant source of uncertainty in nanoindentation measurement is the geometry of the indenter tip. Therefore the successful application of the technique requires accurate calibration of the indenter tip geometry. The direct measurement of geometry of a Berkovich indenter was determined using a atomic force microscope. The indentation geometrical calibration of contact area was performed by analyzing the indenter tip profile. The equations of area functions were proposed for nanoscale thin films..

• 한국정밀공학회지
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• 제22권10호
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• pp.167-173
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• 2005

The Berkovich nano-indentation is an indentation test method analyzing mechanical properties of materials such as hardness and elastic modulus. The length scale of the penetration is measured in nanometers. Therefore, this method becomes widely useful for analyzing the mechanical property of thin film which can not be measured before. In this paper, comparing two results of the load-displacement curve obtained by the Berkovich nano-indentation and the 3-D finite element analysis, it was confirmed that the 3-D finite element analysis is useful. The phenomenon of pile-up and sink-in due to material properties was discussed by the finite element analysis.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2002년도 춘계 학술발표강연 및 논문개요집
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• pp.30-30
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• 2002

• 한국진공학회지
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• 제18권5호
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• pp.346-351
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• 2009

선폭의 감소와 소자 집적도의 증가로 인하여 향후 현재 사용되고 있는 탑-다운(Top-down) 생산방식에서 바텀-업(Bottomup) 방식의 소자 생산이 예상되고 있으며, 이와 관련된 연구가 활발히 진행 중에 있다. 대표적으로 나노와이어(Nanowire)와 나노벨트(Nanobelt)를 이용한 소자 개발이 한 대안이며, 이러한 소자 개발을 위해 물질의 물성 특성 연구를 위하여 나노인덴터를 이용한 물성 연구가 진행 중이다. 특히 나노인덴터는 나노 크기의 구조물에 대한 연구를 위하여 부가적으로 원자힘현미경(AFM; atomic force microscope) 기능을 제공하며, 이를 통하여 얻어진 표면 이미지를 이용하여 나노 구조물의 정확한 위치에 대한 물성 정보를 제공하게 된다. 그러나 나노인덴터에서 사용되는 팁(tip)은 기존의 원자현미경에서 사용되는 팁에 비하여 상대적 크기가 상당히 큰 특징이 있어 나노인덴터에 의한 표면 이미지에는 상당한 오차가 발생하게 된다. 따라서 본 연구에서는 나노인덴터에서 대표적으로 사용되는 50nm 벌코비치 팁(Berkovich tip)과 1um $90^{\circ}$ 원뿔형 팁(Conical tip)을 이용하였으며, 각 팁에 대한 표면 특성을 확인하기 위하여 박막 표면을 각 팁으로 압입하여 압입 후 표면 영상과 압입 깊이를 통하여 팁의 특성을 확인하였다. 이후 나노인덴터를 이용하여 100nm급 나노 구조물에서 표면 주사를 실시하여 획득된 이미지와 기존 원자현미경을 이용한 표면 이미지를 비교하여 오차를 획득하였다. 또한 각 팁의 외형으로 이론적으로 계산된 오차와 비교하였다.

• 한국정보디스플레이학회:학술대회논문집
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• 한국정보디스플레이학회 2003년도 International Meeting on Information Display
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• pp.771-774
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• 2003

The mechanical properties of barrier ribs in PDP require quantification in order to control the defects and to increase the yield in the process. Several different types of rib materials were tested for hardness (H) and Young's modulus (E) with a microtip indenter (Berkovich type). For the assessment of fracture toughness of the rib, a macro Vikers indenter was used. The materials with 30wt% of filler were fired at between $490^{\circ}C$ and $570^{\circ}C$. As a result, the composite became fully densified at $520^{\circ}C$, which is near the T s (Littleton softening point) of glass frit. As the filler content increased, the fracture toughness also $(K_{IC})$ increased in the range of 0.60 to 2.63 $MPa{\cdot}m^{0.5}$ after sintering at $550^{\circ}C$. The results suggest that the application of a nano-indenter would be useful for testing the mechanical properties of barrier ribs.

• 한국재료학회지
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• 제13권1호
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• pp.53-58
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• 2003

For the rib materials in PDP(plasma display panel), an effective method to improve the mechanical properties is to form a composite material by reinforcing a glass matrix with rigid fillers, such as alumina and titania powders. In this study, two types of ribs with different volume percent of fillers and with different glass matrix were tested for hardness, Young's modulus with the Berkovich indentation. As a result, cracks appeared around at the load of 1345 mN for the dense type of rib, while porous one endured until 2427 mN without any crack formation. Young's modulus and hardness decreased at the range: 90∼65 GPa, 9∼4 GPa, respectively as a function of indent load. Thus, a new method with nanoindenter represents a possible evaluation method for mechanical properties of barrier ribs.