Kim, Young-Hwan;Shim, Gyu-In;Lim, Jae-Min;Choi, Se-Young
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.13
no.6
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pp.1121-1126
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2010
Borosilicate glass (81% $SiO_2$-2% $Al_2O_3$-13% $B_2O_3$-4% $Na_2O_3$) was prepared, and the glass was ion exchanged in $KNO_3$ powder containing different temperature and time. The $K^+-Na^+$ ion exchange takes place at the glass surface and creates compressed stress, which raise the mechanical strength of the glass. The depth profile of $Na^+$ and $K^+$ was observed by electron probe micro analyzer. With the increasing heat-treatment time from 0min to 20min, the depth profile was increased from 17.1um to 29.4um, but mechanical properties were decreased. It was also found out that excessive heat treatment brings stress relaxation. The Vickers hardness, Fracture Toughness and bending strength of ion exchanged samples at $570^{\circ}C$ for 10min were $821.8H_v$, $1.3404MPa{\cdot}m^{1/2}$, and 953MPa, which is about 120%, 180%, and 450% higher than parent borosilicate glass, respectively. Transmittance was analyzed by UV-VIS-NIR spectrophotometer. Transmittance of ion exchanged borosilicate glass was decreased slightly at visible-range. It can be expected that transparent bulletproof materials in more light-weight and thinner by ion exchanged borosilicate glass.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.12
no.1
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pp.31-35
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2002
Abstract Spinel powder having a particle size of 0.9$\mu$m was calcined for 30 min at $1300^{\circ}C$, followed by ball milling for 4h, to obtain the spinel particle size of 3.29$\mu$m. The die-pressed spinel was presintered at $1100^{\circ}C$ for 2h and then lanthanum aluminosilicate glass was infiltrated at $1080^{\circ}C$ for 0~2 h to investigate the penetration kinetics in glass-spinel composite. The infiltration distance is parabolic in time due to capillarity. The strength and the fracture toughness of glassspinel composites were 317 MPa and 3.56 MPa $m^{1/2}$ respectively and dual microstructure of column (needle) and polygonal shapes as a result of recrystallization was observed due to the high calcination temperature.
Nano powders of $Al_2O_3$ and $TiO_2$ compounds made by high energy ball milling were pulsed current activated sintered for studying their sintering behaviors and mechanical properties. The advantage of this process is that it allows very quick densification to near theoretical density and inhibition of grain growth. Nano-structured $Al_2TiO_5$ with small amount of $Al_2O_3$ and$TiO_2$ was formed by sintering at $1300^{\circ}C$ for 5 minute, in which average grain size was about 96 nm. Hardness and fracture toughness of the nano-structured $Al_2TiO_5$ compound with a small amount of $Al_2O_3$ and$TiO_2$ were $602kg/mm^2$ and $2.6MPa{\cdot}m^{1/2}$, respectively.
Nano-powders of $Ti_3Al$ and $2Al_2O_3$ were synthesized from $3TiO_2$ and 5Al powders by high energy ball milling. A nanocrystalline $Al_2O_3$ reinforced composite was consolidated by pulsed current activated sintering within 2 minutes from mechanochemically synthesized powders of $Al_2O_3$ and $Ti_3Al$. Nanocrystalline materials, have received much attention as advanced engineering materials due to their improved physical and mechanical properties. The relative density of the composite was 99.5%. The average obtained hardness and fracture toughness values were 1510 kg/$mm^2$ and $9\;MPa{\cdot}m^{1/2}$, respectively.
Park, Sang Gyu;Kim, Min-Chul;Lee, Bong-Sang;Wee, Dang-Moon
Korean Journal of Metals and Materials
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v.46
no.12
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pp.771-779
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2008
An effective way of increasing the strength and fracture toughness of reactor pressure vessel steels is to change the material specification from that of Mn-Mo-Ni low alloy steel(SA508 Gr.3) to Ni-Mo-Cr low alloy steel(SA508 Gr.4N). In this study, we evaluate the effects of alloying elements on the microstructural characteristics of Ni-Mo-Cr low alloy steel. The changes in the stable phase of the SA508 Gr.4N low alloy steel with alloying elements were evaluated by means of a thermodynamic calculation conducted with the software ThermoCalc. The changes were then compared with the observed microstructural results. The calculation of Ni-Mo-Cr low alloy steels confirms that the ferrite formation temperature decreases as the Ni content increases because of the austenite stabilization effect. Consequently, in the microscopic observation, the lath martensitic structure becomes finer as the Ni content increases. However, Ni does not affect the carbide phases such as $M_{23}C_6 $ and $M_7C_3$. When the Cr content decreases, the carbide phases become unstable and carbide coarsening can be observed. With an increase in the Mo content, the $M_2C$ phase becomes stable instead of the $M_7C_3$ phase. This behavior is also observed in TEM. From the calculation results and the observation results of the microstructure, the thermodynamic calculation can be used to predict the precipitation behavior.
Kim, Won-Baek;Wang, Hee-Ji;Roh, Ki-Min;Cho, Sung-Wook;Lim, Jae-Won;Shon, In-Jin
Korean Journal of Metals and Materials
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v.50
no.4
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pp.310-315
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2012
Nano-powders of 1.5TiAl and $Al_2O_3$ were synthesized from $1.5TiO_2$ and 3Al powders by high energy ball milling. Nanocrystalline $Al_2O_3$ reinforced composite was consolidated by pulsed current activated sintering within 2 minutes from mechanochemically synthesized powders of $Al_2O_3$ and 1.5TiAl. The relative density of the composite was 99.5%. The average hardness and fracture toughness values obtained were $1250kg/mm^2$ and $10MPa{\cdot}m^{1/2}$, respectively.
The pulsed current activated sintering method (PCAS) is a new rapid sintering method that was developed recently for fabricating ceramics and composites. This method combines a high temperature for a short time with pressure application. In this work, PCAS was used to fabricate $WC-5wt%Mo_2C-5wt%$ Co hard material using WC, $Mo_2C$, and Co. The $WC-Mo_2C-Co$ was almost completely dense with a relative density of up to 100% after the simultaneous application of a pressure of 60 MPa and electric current for 11 min without grain growth. The average grain size of WC that was produced through PCAS was about $0.5-0.6{\mu}m$. The vickers hardness and fracture toughness of the $WC-5wt%Mo_2C-5wt%$Co hard materials were about $2453.5kg/mm^2$ and $7.9MPa{\cdot}m^{1/2}$, respectively, for 60 MPa at $11200^{\circ}C$.
3Y-TZP (3 mol% yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystals) ceramics have excellent mechanical properties including high fracture toughness, good abrasion resistance as well as chemical and biological stability. As a result, they are widely used in mechanical and medical components such as bearings, grinding balls, and hip implants. In addition, they provide excellent light transmittance, biocompatibility, and can match tooth color when used as a dental implant. Recently, given the materials' resemblance to human teeth, these ceramics have emerged as an alternative to titanium implants. Since the introduction of CAD/CAM in the manufacture of ceramic implants, they've been increasingly used for prosthetic restoration where aesthetics and strength are required. In this study, to improve the surface roughness of zirconia implants, we modified the 3Y-TZP surface with a biocomposite of hydroxyapatite and forsterite using room temperature spray coating methods, and investigated the mixed effect of the two powders on the evolution of surface microstructure, i.e., coating thickness and roughness, and biological interaction during the in vitro test in SBF solution. We compared improvement in bioactivity by observing dissolution and re-precipitation on the specimen surface. From the results of in vitro testing in SBF solution, we confirmed improvement in the bioactivity of the 3Y-TZP substrate after surface modification with a biocomposite of hydroxyapatite and forsterite. Surface dissolution of the coating layer and the precipitation of new hydroxyapatite particles was observed on the modified surface, indicating the improvement in bioactivity of the zirconia substrate.
Titanium alloys are widely recognized among engineering materials owing to their impressive mechanical properties, including high strength-to-weight ratios, fracture toughness, resistance to fatigue, and corrosion resistance. Consequently, applications involving titanium alloys are more susceptible to damage from unforeseen events, such as scratches. Nevertheless, the impact of microscopic damage remains an area that requires further investigation. This study delves into the microscopic wear behavior of α-titanium crystal structures when subjected to linear scratch-induced damage conditions, utilizing molecular dynamics simulations as the primary methodology. The configuration of crystal lattice structures plays a crucial role in influencing material properties such as slip, which pertains to the movement of dislocations within the crystal structure. The molecular dynamics technique surpasses the constraints of observing microscopic phenomena over brief intervals, such as sub-nano- or pico-second intervals. First, we demonstrate the localized transformation of lattice structures at the end of initialization, indentation, and wear processes. In addition, we obtain the exerted force on a rigid sphere during scratching under linear movement. Furthermore, we investigate the effect of the relaxation period between indentation and scratch deformation. Finally, we conduct a comparison study of nanoindentation between crystal and amorphous Ti substrates. Thus, this study reveals the underlying physics of the microscopic transformation of the α-titanium crystal structure under wear-like accidental events.
Oxygen permeability and the mechanical properties of mixed ionic-electronic conductive $La_{0.6}Sr_{0.4}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_{3-{\delta}}$ perovskite-type membrane, fabricated by solid state reaction, were investigated with regard to microstructure. The microstructure of the membrane was controlled by changing the sintering temperature and holding time. The average grain size and relative density were evaluated as a function of sintering conditions. As the fraction of grain boundary decreased, oxygen permeability showed a tendency to increase. Especially the maximum oxygen flux of 0.37 ml/$cm^2$${\cdot}$min was measured for the specimen sintered at 1300${\circ}C$ for 10 h, which has high density and relatively large grain size. Fracture strength was dependent on the relative density of sintered body, while fracture toughness increased with average grain size.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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