This analyzed a Young's modulus (E), a thermal expansion coefficient (TEC, ${\beta}$) and a thermal conductivity (${\kappa}$) of the material with simple cubic particulate inclusion using two model structures: a parallel structure and a series structure of laminated layers. The derived ${\beta}$ equations were applied to calculate the ${\beta}$ value of the W-MgO system. The accuracy was higher for the series model structure than for the parallel model structure. Young's moduli ($E_c$) of sintered porous alumina compacts were theoretically related to the development of neck growth of grain boundary between sintered two particles and expressed as a function of porosity. The series structure model with cubic pores explained well the increased tendency of $E_c$ with neck growth rather than the parallel structure model. The thermal conductivity of the three phase system of alumina-mullite-pore was calculated by a theoretical equation developed in this research group, and compared with the experimental results. The pores in the sintered composite were treated as one phase. The measured thermal conductivity of the composite with 0.5-25% porosity (open and closed pores) was in accordance with the theoretical prediction based on the parallel structure model.
A new low melting inorganic binder, monoclinic $HBO_2$, has been developed for Selective Laser Sintering (SLS) of alumina powder by dehydration process of boron oxide powder in a vacuum oven at $120^{\circ}C$. It led to better green SLS parts and higher bend strength far green and fired parts compared to other inorganic binders such as aluminum and ammmonium phosphate. This appeared to be due to its low viscosity and better wettability of the alumina particle surface. A low density single phase ceramic, aluminum borate ($Al_{18}B_4O_{33}$), and multiphase ceramic composites, $A_{12}O_3-A_{14}B_2O_9$, were successfully developed by laser processing of alumina-monoclinic $HBO_2$ powder blends followed by post-thermal processing; both $Al_{18}B_4O_{33}$ and $A_{14}B_2O_9$ have whisker-like grains. The physical and mechanical properties of these SLS-processed ceramic parts were correlated to the materials and processing parameters. Further densification of the $A_{12}O_3-A_{14}B_2O_9$ ceramic composites was carried out by infiltration of colloidal silica, and chromic acid into these porous SLS parts followed by heat-treatment at high temperature ($1600^{\circ}C$). The densities obtained after infiltration and subsequent firing were between 75 and 80% of the theoretical densities. The bend strengths are between 15 and 33 MPa.
The HPS(High Porosity Support, 39.3%) and the LPS( Low Porosity Support, 18.7%) were fabricated to investigate the phase transformation and the chance of microstructure with porosity of alumina support. Alumina sol was made using aluminum tri-sec $butoxide(ATSB,\; Al(O-Bu)_3)$, the membrane on porous support with different porosity and the membrane without support were fabricated. The $\theta$-to ${\alpha}-A1_2O_3$ phase transformation in the membranes was investigated using thin film X-ray diffraction (XRD), and the change of microstructure was observed using scanning electron microscopy(SEM). XRD patterns showed that the membrane on LPS and HPS had 10$0^{\circ}C$, 5$0^{\circ}C$ higher $\theta$-to ${\alpha}-A1_2O_3$ transformation temperature compared to the unsupported membrane. A similar effect was also observed in microstructure of the membranes, theoritical temperature difference were 97$^{\circ}C$ and 44$^{\circ}C$ by Crapeyron equation.
To investigate the effect of properties of pores in anodic alumina template(AAT) on the formation and characteristics of metal nano wires, Cu and Ni nano wires were manufactured using anodic alumina template formed in various electrolytes. The characteristics of prepared metal nano wires using AAT could be replicated from those of pores in AAT. The diameters of nano wires could be controlled by the widening process of anodic porous film in $H_3PO_4$ solution. The shape ratio of the nano wire was shown to be $170{\pm}30$ for Ni nano wire formed by AAT made in sulfuric acid.
Reformers which produce hydrogen from natural gas are essential for the operation of residential PEM fuel cells. For this purpose, steam-methane reforming reactions with Ni catalysts is primarily utilized. Commercial Ni catalysts are generally made to have porous pellet shapes in which Ni catalyst particles are uniformly dispersed over Alumina support structures. This study numerically investigates the reduction of catalyst effectiveness due to the mass transport resistances posed by porous structures of spherical catalyst pellets. The multi-component diffusion through porous media and the accurate kinetics of reforming reaction is fully considered in the numerical model. The preliminary results on the variation of the effectiveness factor according to different operation conditions are presented, which is planned to be used to develop correlations in future studies.
Kim, Sung-Jin;Park, Sung-Jin;Bang, Hee-Gon;Park, Sang-Yeup
한국분말야금학회:학술대회논문집
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한국분말야금학회 2006년도 Extended Abstracts of 2006 POWDER METALLURGY World Congress Part2
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pp.1009-1010
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2006
In this study, we attempt to synthesize the cordierite from the reaction of fly-ash, alumina, silicon dioxide, and magnesia powders. For the purpose of air purification, the honeycomb filter with porous cordierite was fabricated from the combination of synthetic cordierite and pore forming agent. Fabricated porous cordierite honeycomb was prepared with high porosity (58%), and good compressive strength (69MPa).
Duplex microstructure of zirconia and alumina has been achieved via an organic-inorganic solution technique. Zirconium 2,4-pentanedionate, aluminum nitrate and polyethylene glycol were dissolved in ethyl alcohol without any precipitation. The organicinorganic precursor gels were turned to porous powders having volume expansion through explosive, exothermic reaction during drying process. The volume expansion was caused by abrupt decomposition of the organic groups in the gels during the vigorous exothermic reaction. The volume expanded, porous powders were crystallized and densified at 1500$^{\circ}C$ for 1 h. At the optimum amount of the PEG polymer, the metal cations were well dispersed in the solution and a homogeneous polymeric network was formed. The polymer content also affected on the specific surface area of the synthesized powder and the grain size of the sintered composite.
본 연구에서는 다공성 알루미나 기판의 기공 형상 개질을 통해서 필터의 집진 효율, 성능 및 내구성 향상을 위한 공정에 대해서 다루었다. 탄화규소 휘스커를 통한 기공 개질을 위해서 모재의 표면뿐만 아니라 기공 내부에까지 균일한 탄화규소 휘스커를 얻고자 화학 기상 침착법(Chemical Vapor Infiltration: CVI)을 사용하여 실험을 진행하였다. 실험결과 증착 온도와 증착 위치 및 입력 기체비와 같은 공정 조건의 변화에 따라 증착 경향에 확연한 차이를 나타내는 것을 알 수 있다. 다시 말해 첫째, 시편의 관찰 위치가 표면에서 내부로 들어갈수록 “반응 기체의 고갈 효과”로 인해 휘스커가 점점 세선화 되는 것을 볼 수 있으며 두 번째로 증착 온도에 따라서 debris, whisker, film등과 같이 증착물의 형상이 변화하게 된다. 이러한 형상의 변화는 여러 가지 물성의 변화를 가져오게 되는데 그 중에서, film이 증착 되는 경우에는 기판의 강도가 박 115.7% 가량 현저하게 증가하는 반면에 비표면적과 기체 투과율은 감소하게 되지만, 휘스커의 경우에는 강도가 95%, 비표면적은 33.5% 정도가 증가하며 기체 투과율 감소를 최소화 할 수 있다. 따라서 다공성 알루미나 기판 내부 기공에 휘스커를 증착 하면 필터로 인한 압력 저하를 최소화하면서 기공의 크기보다 작은 미세 분진들을 걸러 낼 수 있게 되므로 차세대 필터 재료로 기대된다.
기체투과 특성을 관찰하기 위해 양극산화에 의해 세공직경의 크기가 서로 다른 상부층과 하부층으로 이루어진 이중기하구조의 다공성 알루미나막을 제조하였다. 양극산화는 황산 전해질 하에서 직류에 의한 정전류법으로 행하였으며, 양질의 막을 얻기 위해 열산화, 화학연마, 전해연마 등의 전처리를 한 후 양극산화를 행하였다. 양극산화에 의한 알루미나 막의 제조에서 세공직경은 전해질의 종류 및 농도, 전해 온도, 전류밀도 등에 의존하는데, 전류밀도를 극도로 낮추어 세공직경이 20 nm 이하인 상부층을 제조하고 전류밀도를 높여서 세공직경이 36 nm인 하부층을 제조하였다. 막의 두께는 전기량에 의해 조절되어 상부층의 두께는 약 $6{\mu}m$이었으며 하부층을 포함하는 막의 총 두께는 약 $80{\sim}90{\mu}m$로 제조되었다. 제조된 막은 가압법에 의한 기체투과 실험을 행하였다. 제조된 막의 기체투과 기구는 Knudsen 흐름을 따르는 것을 확인하였다.
양극산화 알루미늄(anodic aluminum oxide, AAO) 나노템플레이트는 제작이 쉬우며, 저비용, 대면적 제작이 가능하다는 장점으로 인해 이를 나노 전자소자 제작에 응용하려는 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 나노템플레이트를 이용하면 기공의 직경이나 밀도를 변화킴으로써 나노구조의 물질의 크기나 밀도를 제어할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 나노 전자소자 제작에 응용할 수 있는 AAO 나노템플레이트를 2단계 양극산화법에 의해 제조하였다. 이를 위해 기존의 알루미늄 판 대신 실리콘 웨이퍼 상에 DC 마그네트론 스퍼터법으로 $2{\mu}m$ 두께의 알루미늄 박막을 증착하였고, 전해액으로 사용한 옥살산 용액의 온도 및 양극산화 전압에 따른 다공성 알루미나 막의 미세구조를 조사하였다. 전해액 온도가 $8^{\circ}C$에서 $20^{\circ}C$로 높아짐에 따라 다공성 알루미나 막의 성장속도는 86.2 nm/min에서 179.5 nm/min으로 증가하였다. 최적 조건에서 제작된 AAO 나노 템플레이트의 기공 직경 및 깊이는 각각 70 nm와 $1\;{\mu}m$이었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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