The Ta/TaN multilayer structure with repeating layers of a poly-crystalline Ta layer of high ductility and a TaN layer of high hardness is expected to exhibit toughness. This paper reports the results on the hardness and the adhesion strength of Ta/TaN multilayers and compositional gradient Ta/TaN layers deposited on the high speed steel substrate by reactive sputtering as a function of annealing temperature. The TaN film deposited with the $N_2$/Ar ratio of 0.4 in the reactive sputtering process exhibits the highest crystallinity, and the highest hardness and the results of scratch test of the Ta/TaN multilayers. The hardness and adhesion strength of the Ta/TaN multilayers becomes deteriorated with increasing the annealing temperature in the heat treatment right after depositing the layers. Therefore, post-annealing treatments are not desirable in the case of the Ta/TaN multilayers from the standpoint of mechanical properties. Also the hardness of Ta/TaN multilayers increases with decreasing the compositional modulation wavelength, but the adhesion property of the layers is nearly independent of the wavelength. On the other hand, the compositional gradient Ta/TaN film exhibits the highest hardness and the value of scratch test for the post-annealing temperatures of 20$0^{\circ}C$ and 40$0^{\circ}C$, respectively. This tendency of the compositional gradient Ta/TaN films differs from that of the Ta/TaN multilayers.
Jo, Deuk-Won;Dong, Jin-Keun;Oh, Sang-Chun;Kim, Yu-Lee
The Journal of Korean Academy of Prosthodontics
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v.47
no.2
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pp.191-198
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2009
Statement of problem: Ceramics have been important materials for the restoration of teeth. The demands of patients for tooth-colored restorations and the availability of various dental ceramics has driven the increased use of new types of dental ceramic materials. Improved physical properties of theses materials have expanded its use even in posterior crowns and fixed partial dentures. However, ceramic still has limitation such as low loading capability. This is critical for long-span bridge, because bridge is more subject to tensile force. Purpose: The wire reinforced ceramic was designed to increase the fracture resistance of ceramic restoration. The purpose of this study was to evaluate the fracture resistance of wire reinforced ceramic. Material and methods: Heat pressed ceramic(ingot No.200 : IPS Empress 2, Ivoclar Vivadent, Liechtenstein) and Ni-Cr wire(Alfa Aesar, Johnson Matthey Company, USA) of 0.41 mm diameter were used in this study. Five groups of twelve uniform sized ceramic specimens(width 4 mm, thickness 2 mm, length 15 mm) were fabricated. Each group had different wire arrangement. Wireless ceramic was used as control group. The experimental groups were divided according to wire number and position. One, two and three strands of wires were positioned on the longitudinal axis of specimen. In another experimental group, three strands of wires positioned on the longitudinal axis and five strands of wires positioned on the transverse axis. Three-point bending test was done with universal testing machine(Z020, Zwick, Germany) to compare the flexural modulus, flexural strength, strain at fracture and fracture toughness of each group. Fractured ceramic specimens were cross-sectioned with caborundum disc and grinded with sandpaper to observe interface between ceramic and Ni-Cr wire. The interface between ceramic and Ni-Cr wire was analyzed with scanning electron microscope(JSM-6360, JEOL, Japan) under platinum coating. Results: The results obtained were as follows: 1. The average and standard deviation in flexural modulus, flexural strength and fracture toughness showed no statistical differences between control and experimental groups. However, strain was significantly increased in wire inserted ceramics(P<.001). 2. Control group showed wedge fracture aspects across specimen, while experimental groups showed cracks across specimen. 3. Scanning electron microscopic image of cross-sectioned and longitudinally-sectioned specimens showed no gap at the interface between ceramic and Ni-Cr wire. Conclusion: The results of this study showed that wire inserted ceramics have a high strain characteristic. However, wire inserted ceramics was not enough to use at posterior area of mouth in relation to flexural modulus and flexural strength. Therefore, we need further studies.
Proceedings of the Korea Association of Crystal Growth Conference
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2000.06a
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pp.195-214
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2000
The high-speed steel (shorten as HSS) consists of Fe and several kinds of transition metal carbides. The cutting tools or wear-resistant materials made from HSS experience relatively high thermal shock because a coolant such as water or oil is flowed over the surface of heated HSS. The purpose of this research is to increase the hardness, strength, fracture toughness and thermal shock resistance of HSS. A possible strategy is to incorporate a hard ceramic material with high strength in HSS matrix. This paper describes the processing, microstructure and mechanical properties of the oriented unidirectional mullite fiber/HSS composite. The unidirectional mullite fibers of 10${\mu}{\textrm}{m}$ diameter were dispersed by the ultrasonic irradiation of 38 kHz in an ethylenglycol suspension containing HSS powder of 11${\mu}{\textrm}{m}$ median size. The dried green composites with 4-68 vol% fibers were hot-pressed for 2h at 100$0^{\circ}C$ in Ar atmosphere under a pressure of 39 MPa. The higher density was achieved in the composite with a lower content of fibers. The oriented unidirectional fibers were well dispersed in the HSS matrix. The average distance between the center of fibers in the cross section was close to the value calculated from the fiber fraction. No reaction occurred at the interfaces between HSS and mullite fibers in the composites. The composite with 13.6 vol% fibers showed 100 MPa of four point flexural strength at room temperature. The thermal expansion of composite with heating was influenced by the orientation of mullite fibers.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.7
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pp.1132-1137
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2003
This study dealt with the suppression of interfacial reaction between Nb and MoSi$_2$ for the fabrication of high toughness Nb/MoSi$_2$ laminate composites, based on the results of a thermodynamical estimation. Especially, the effect of ZrO$_2$ particle on the interfacial reaction of Nb/MoSi$_2$ bonding materials has been examined. Nb/MoSi$_2$ bonding materials have been successfully fabricated by alternatively stacking matrix mixtures and Nb sheets and hot pressing in the graphite mould. The addition of ZrO$_2$ particle to MoSi$_2$ matrix is obviously effective for promoting both the interfacial reaction suppression and the sintered density of Nb/MoSi$_2$ bonding materials, since it is caused by the formation of ZrSiO$_4$ in the MoSi$_2$-ZrO$_2$ matrix mixture. The interfacial shear strength of Nb/MoSi$_2$ bonding materials also decreases with the reduction of interfacial reaction layer associated with the content of ZrO$_2$ particle and the fabrication temperature.
This study aims to investigate the suitability of requirement for post-weld heat treatment(PWHT) temperature when different P-No. materials are welded, which is defined by ASME Sec. III Code. For SA-516 Gr. 60 and SA-106 Gr. B carbon steels that are typical P-No. 1 material, simulated heat treatment were conducted for 8 h at $610^{\circ}C$, $650^{\circ}C$, $690^{\circ}C$, and $730^{\circ}C$, last two temperature falls in the temperature of PWHT for P-No. 5A low-alloy steels. Tensile and Charpy impact tests were performed for the heat-treated specimens, and then microstructure was analyzed by optical microscopy and scanning electron microscopy with energy-dispersive spectrometry. The Charpy impact properties deteriorated significantly mainly due to a large amount of cementite precipitation when the temperature of simulated heat treatment was $730^{\circ}C$. Therefore, when dissimilar metal welding is carried out for P-No. 1 carbon steel and different P-No. low alloy steel, the PWHT temperature should be carefully selected to avoid significant deterioration of impact properties for P-No. 1 carbon steel.
The purpose of this study were evaluated to flexural and bond performance by sectional area and geometry change through bond and flexural test of a structural synthetic fiber. Six deformed structural synthetic fibers were investigated and pullout and flexural test was conducted. Included parameters is three different geometries of fiber and two of fiber sectional area. The test result shows that the cycles and amplitude of structural synthetic fiber increased, pullout load and pullout fracture energy decreased and flexural strength increased, if sectional area is same. The sectional area increased, pullout load and pullout fracture energy increased and flexural strength decreased, if cycles and amplitude of structural synthetic fiber is same. Based on test results, structural performance of the concrete could know that is influence by pullout performance of fiber as well as various factor (fiber number, material properties etc).
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.33
no.1
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pp.104-111
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2009
This paper shows the behaviors of macro- and micro-structures and mechanical properties for specimen's welding region welded by FSW. according to welding conditions with 5mm thickness aluminum 5083O alloy plate. It apparently results in defect-free weld zone in case traverse speed was changed to 32 mm/min under conditions of anti-clockwise direction and tool rotation speed such as 800 and 1250 rpm with tool's pin diameter of 5 ${\Phi}mm$ and shoulder diameter of 20 ${\Phi}mm$, pin length of 4.5 mm and tilting angle of $2^{\circ}$. The ultimate stress of ${\sigma}_T=331$ MPa and the yield point of 147 MPa are obtained at the condition of the travel speed of 32 mm/min with the tool rotation speed of 1250 rpm. There is neither voids nor cracks on bended surface of $180^{\circ}$ after bending test. The improvement of toughness after impact test was found. The lower rotating and traverse speed became, the higher were yield point, maximum stress and elongation(%) with the stresses and the elongation(%) versus the traverse speed diagram. Vickers hardness for cross section of welding zone were also presented. The typical macro-structures such as dynamically recrystallized zone, thermo-mechanically affected zone and heat affected zone and the micro-structures of the transverse cross-section were also showed. However, the author found out that the region of 6mm far away from shoulder circumference was affected by friction heat comprehensively, that is, hardness softened and that part of micro-structures were re-solid-solution or recrystallized, the author also knew that there is no mechanically deformation on heat affected zone but there are the flow of plastic deformation of $45^{\circ}$ direction on thermo-mechanically affected zone and the segregation of Al-Mg on nugget. The solid solution wt(%) of parent material as compared against of friction stir welded zone was comprehensively changed.
The purpose of this study was to evaluate the fracture characteristics and the effect of resin bonding of laminate porcelain. In order to characterize the indentation-induced crack, Young's moduli and characteristic indentation dimensions were measured. The fatigue life under three point flexure test was measured using the electro-dynamic type fatigue machine, and the crack propagation with thermocycling was investigated on the condition of 15 second dwell time each in $5^{\circ}C\;and\;55^{\circ}C$ bath. The Vickers indentation pattern and the fracture surface were examined by an optical microscope and a scanning electron microscope (SEM). The results obtained were summarized as follows ; 1. Young's moduli(E) of the laminate porcelain and the resin cement used in this experiment were $62.56{\pm}3.79GPa$ and $15.01{\pm}0.12GPa$, respectively. 2. The initial crack size of the laminate porcelain was $69.19{\pm}5.94{\mu}m$ when an indentation load of 9.8N was applied, and the fracture toughness was $1.065{\pm}0.156MPa\;m^{1/2}$. 3. The fatigue life of laminate porcelain showed the constant fracture range at the stress level 27.46-35.30MPa. 4. When a cyclic flexure load was applied, the fatigue life of resin-bonded laminate porcelain was more decreased than that of laminate porcelain. 5. When a thermocycling was conducted, the crack growth rate of resin-bonded laminate porcelain was more increased than that of laminate porcelain. 6. Fracture surface showed the radial crack, the lateral crack, and the macroscopic crack branching region beneath the plastic deformation region when an indentation load of 9.8N was applied.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.8
no.1
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pp.111-116
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1998
Silicon nitride is hard and tough ceramic material. Hereby, mechanical machinability is very poor. It has also high electrical resistance. Silicon nitride of extremely high electrical resistivity becomes conductive ceramic composite by adding 30 wt% TiN. Ceramics with high electrical conductivity can be electrical discharge machined. Using by the Electrical Discharge Machining (EDM) technique. $Si_3N_4-TiN$ ceramic composite with high electrical conductivity is utilized to make metal working tool. These tool materials have severe wear problem as well as oxidation. Post HIP processing after sintering $Si_3N_4-TiN$ ceramic composites was performed. The tribological property of $Si_3N_4-TiN$ composite as a function of content of TiN was investigated in air, at room temperature. The hardness, fracture toughness, and flexural strength were compared with the wear volume. SEM observation of wear tracks can make an explanation of wear mode of $Si_3N_4-TiN$ composite.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.15
no.3
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pp.130-134
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2016
Due to the need for advanced technologies in the automotive industry, the demand for lighter and safer vehicles has increased. Even though various nonferrous metals, like Aluminum, Magnesium and also Carbon Fiber Reinforced Plastic (CFRP), have been implemented in the automotive industry, a lot of technical research and development is still focused on ferrous metals. In particular, the market volume of High Strength Steel (HSS) parts and Ultra High Strength Steel (UHSS) by hot press forming parts has expanded significantly in all countries' automotive industries. A new tool steel, High Thermal-Conductivity Tool Steel (HTCS), for stamping punches and dies has been developed and introduced by Rovalma Company (Spain), and it is able to support better productivity and quality during hot press forming. The HTCS punches and dies could help to reduce cycle time due to their high thermal conductivity, one of the major factors in hot press forming operation. In this study, test dies were manufactured in order to verify the high thermal conductivity of HTCS material compared to SKD6. In addition, thermal deformation was inspected after the heating and cooling process of hot press forming. After heating and cooling, the test dies were measured by a 3D scanner and compared with the original geometry. The results showed that the thermal deformation and distortion were very small even though the cooling time was reduced by 2 seconds.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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