• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.127.1-127.1
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• 2010

고체산화물연료전지는 고효율 및 무공해의 전기화학 에너지 변환장치로서, 최근 국내외에서 활발한 연구개발이 수행되고 있다. 특히, 고체산화물 연료전지 시스템의 조기 상용화를 위해 시스템의 작동온도를 약 $800^{\circ}C$ 이하로 낮추고 저가로 생산 할 수 있는 제조공정 개발에 대한 연구를 적극적으로 수행하고 있다. 본 연구에서는 고체산화물연료전지의 단위셀를 구성하는 연료극지지체 및 박막 전해질에 대해서 저가 양산의 테이프케스팅법 및 동시소성 공정, 그리고 연료극 지지체 전해질(anode-supported electrolyte)에 대한 공기극 페이스트 프린팅 제조공정에 대해 소개한다. 또한 고체산 화물연료전지의 제조공정 및 시간을 단축하기 위해 방전플라즈마 소결공법(SPS)에 의한 연료극 지지체 제조 공정, 단위셀의 성능 최적화를 위한 나노 스케일의 고성능 전해질 소재 분말합성 공정(crystallite size: 5~10nm, surface area : $100m^2/g$ 이상) 그리고 테이프케스팅에 의한 박막 전해질 제조 공정(thin film : $10{\mu}m$ 이하) 등 주요 단위셀 소재 및 부품의 제조공정 특성 그리고 단위셀의 전기화학적 특성(max. power density : 1.0 W/$cm^2$)에 대해 소개하며, 최종적으로 평판형 대면적 고체산화물연료전지(max. $20cm{\times}15cm$)의 단위셀 상용화 제조 기술 및 성능평가 기술에 대해서도 소개 할 예정이다.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• v.16 no.6
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• pp.342-345
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• 2015

The n -type Hf_0.25Zr_0.25Ti_0.5NiSn_0.998Sb_0.002 Half-Heusler (HH) alloy composition was prepared by using the induction melting method in addition to the mechanical grinding, annealing, and spark plasma sintering processes. Analysis of X-ray diffraction (XRD) results indicated the formation of a pure phase HH structured compound. The electrical and thermal properties at temperatures ranging from room temperature to 718 K were investigated. The electrical conductivity increased with increasing temperatures and demonstrated nondegenerate semiconducting behavior, and a large reduction in the thermal conductivity to the value of 2.5 W/mK at room temperature was observed. With the power factor and thermal conductivity, the dimensionless figure of merit was increased with temperature and measured at 0.94 at 718 K for the compound synthesized by the induction melting process.

• Journal of Powder Materials
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• v.16 no.5
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• pp.316-325
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• 2009

Fe based (Fe$_{68.2}$C$_{5.9}$Si$_{3.5}$B$_{6.7}$P$_{9.6}$Cr$_{2.1}$Mo$_{2.0}$Al$_{2.0}$) amorphous powder, which is a composition of iron blast cast slag, were produced by a gas atomization process, and sequently mixed with ductile Cu powder by a mechanical ball milling process. The experiment results show that the as-prepared Fe amorphous powders less than 90 $\mu$m in size has a fully amorphous phase and its weight fraction was about 73.7%. The as-atomized amorphous Fe powders had a complete spherical shape with very clean surface. Differential scanning calorimetric results of the as-atomized Fe powders less than 90 $\mu$m showed that the glass transition, T$_g$, onset crystallization, T$_x$, and super-cooled liquid range $\Delta$T=T$_x$-T$_g$ were 512, 548 and 36$^{\circ}C$, respectively. Fe amorphous powders were mixed and deformed well with 10 wt.% Cu by using AGO-2 high energy ball mill under 500 rpm.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.26 no.8
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• pp.449-453
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• 2016

$HA(hydroxyapatite)/{\beta}-TCP$ (tricalcium phosphate) biomaterial (BCP; biphasic calcium phosphate) is widely used as bone cement or scaffolds material due to its superior biocompatibility. Furthermore, $NH_4HCO_3$ as a space holder (SH) has been used to evaluate feasibility assessment of porous structured BCP as bone scaffolds. In this study, using a spark plasma sintering (SPS) process at 393K and 1373K under 20MPa load, porous $HA/{\beta}-TCP$ biomaterials were successfully fabricated using $HA/{\beta}-TCP$ powders with 10~30 wt% SH, TiH2 as a foaming agent, and MgO powder as a binder. The effect of SH content on the pore size and distribution of the BCP biomaterial was observed by scanning electron microscopy (SEM) and a microfocus X-ray computer tomography system (SMX-225CT). The microstructure observations revealed that the volume fraction of the pores increased with increasing SH content and that rough pores were successfully fabricated by adding SH. Accordingly, the cell viabilities of BCP biomaterials were improved with increasing SH content. And, good biological properties were shown after assessment using Hanks balanced salt solution (HBSS).

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.10a
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• pp.40.2-40.2
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• 2011

초경합금은 경도가 높은 재료를 말하며 일반적으로는 탄화텅스텐(WC)계 재료를 말한다. 국내 현재 초경합금 동향은 반도체 산업, 내마모성 공구, 절삭공구, 금형 등 많은 분야에 사용되어지고 있다. 또한 최근 들어 FSW (Friction Stir Welding, FSW)기술이 발전함에 따라 접합기술개발이 다양화되면서 FSW Tool의 고성능의 초경 재료가 요구되어지며 장수명의 Tool개발이 되어야 한다. 국내에서는 초경 합금 재료로 사용되어지고 있는 텅스텐 카바이드(WC)와 코발트(Co)를 이용하여 많은 연구가 진행되었다. 본 실험에서는 텅스텐 카바이드와 코발트 및 몰르브덴 카바이드를 혼합하여 소결체를 제조하였다. 실험에 사용된 텅스텐 카바이드는 높은 경도를 가지고 강한 취성을 나타내며, 소결에 어려운 단점이 있다. 이러한 단점을 코발트와 몰리브덴 카바이드를 첨가하여 소결온도를 낮춰주는 역할과 액상 소결시 텅스텐카바이드 입자사이에 침투하여 액상소결에 의한 치밀화가 가능하게 해주며 인성이 향상되어 고인성 재료를 만들 수 있었다. 본 실험에서는 합성과 치밀화가 동시에 진행되는 SPS (Spark Plasma Sintering:SPS) 장비를 이용하여 실험을 진행하였다. 이 방법은 방전플라즈마 소결 공법으로, 기존의 연소법과 열간 가압기술(Hot-press, HIP)을 결합한 방식으로 단 시간, 단일공정으로 치밀한 소결체를 얻을 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 $WC-5Mo_2C$-5wt%Co 소결체 제조를 위해 원소 분말을 Horizontal ball milling 혼합하였다. 균일하게 혼합된 분말을 흑연다이에 충진하여 펄스전류와 기계적 압력을 동시에 가하여 $WC-5Mo_2C-5Co$ 복합재료를 제조하고 소결체의 밀도, 순도, 상변태, 미세조직 등을 분석 및 평가하였다. SPS공정 조건은 고진공하에서 $1,200^{\circ}C$-60MPa, 펄스비 12:1 조건으로 수행하였으며, 얻어진 $WC-5Mo_2C-5Co$ 소결체의 상대 밀도는 98%이상 이였다. 또한, 결정립 크기는 약 400 nm였으며, 경도는 $2,453kg/mm^2$를 나타내었다.

• Journal of Powder Materials
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• v.15 no.1
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• pp.23-30
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• 2008

Ni-20Cr-20Fe-5Nb alloy with or without $Y_2O_3$ was manufactured by mechanical alloying process and consolidated by spark plasma sintering (SPS). The grain size of the alloy with $Y_2O_3$ was smaller than that of alloy without $Y_2O_3$ which results from the effect of $Y_2O_3$ suppressing grain growth. The tensile strength at room temperature was increased by the addition of $Y_2O_3$ but decreased abruptly at temperature above $600^{\circ}C$. It seems to result from the change of deformation mechanism due to fine grain size, that is, grain boundary sliding is predominant at above $600^{\circ}C$ while internal dislocation movement is predominant at below $600^{\circ}C$. After conventional heat treatment process of solution treatment and aging, a small amount of ${\delta}(Ni_3Nb)$ phase was formed in Ni-20Cr-20Fe-5Nb alloy while a large amount of ${\gamma}"(Ni_3Nb)$ was formed in Inconel 718 in the previous report. This is due to exhaustion of Nb content by the formation of NbC during consolidation.

• Journal of Powder Materials
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• v.12 no.6 s.53
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• pp.406-412
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• 2005

This work is to present a new synthesis of metallic glass (MG)/metallic glass (MG) composites using gas atomization and spark plasma sintering (SPS) processes. The MG powders of $Cu_{54}Ni_6Zr_{22}Ti_{18}$ (CuA) and $Ni_{59}Zr_{15}Ti_{13}Nb_7Si_3Sn_2Al_1$(NiA) as atomized consist of fully amorphous phases and present a different thermal behavior; $T_g$ (glass transition temperature) and $T_x$ (crystallization temperature) are 716K and 765K for the Cu base powder, but 836K and 890K for the Ni base ones, respectively. SPS process was used to consolidate the mixture of each amorphous powder, being $CuA/10\%NiA\;and\;NiA/10\%CuA$ in weight. The resultant phases were Cu crystalline dispersed NiA matrix composites as well as NiA phase dispersed CuA matrix composites, depending on the SPS temperatures. Effect of the second phases embedded in the MG matrix was discussed on the micro-structure and mechanical properties.

• Journal of Powder Materials
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• v.22 no.3
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• pp.163-168
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• 2015

Ti alloys are extensively used in high-technology application because of their strength, oxidation resistance at high temperature. However, Ti alloys tend to be classified very difficult to cut material. In this paper, The powder synthesis, spark plasma sintering (SPS), bulk material properties such as electrical conductivity and thermal conductivity are systematically examined on $Ti_2AlN$ and $Ti_2AlC$ materials having most light-weight and oxidation resistance among the MAX phases. The bulk samples mainly consisted of $Ti_2AlN$ and $Ti_2AlC$ materials with density close to theoretical value were synthesized by a SPS method. Machining characteristics such as machining time, surface quality are analyzed with measurement of voltage and current waveform according to machining condition of micro-electrical discharge machining with micro-channel shape.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.05a
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• pp.48.2-48.2
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• 2011

열전재료는 열과 전기에너지의 상호 변환이 가능한 재료로 이를 이용한 응용제품의 개발이 크게 주목을 받고 있으며, 특히 $Bi_2Te_3$계 합금의 경우 상온에서 가장 우수한 성능지수를 가지는 재료로 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 기존의 $Bi_2Te_3$계 합금은 일방향응고법으로 제조되어 많은 시간과 비용을 필요로 하고, 특히 C축의 Van der Waals 결합으로 인해 기계적 강도가 약하다는 단점이 있었다. 최근 분말야금법을 이용하여 기계적강도를 높이고, 격자산란에 의한 열전도도의 감소로 성능지수를 높일수 있는 방법들이 제시되고 있다. 본 연구에서는 급속응고공정인 가스분무법을 이용하여 n-type의 $95%Bi_2Te_3-5%Bi_2Se_3$분말을 제조하였고, 이 재료의 경우 성형조건에 따라 조직이 쉽게 변하기 때문에 이를 제어하기 위해 단시간동안 고압으로 성형가능한 자기펄스압축성형법(Magnetic Pulsed Compaction)을 이용하여 성형체를 제조하였다. 제조된 성형체는 밀도를 증가시키고 결정립성장을 억제시킬수 있는 방전플라즈마소결법(Spark Plasma Sintering)을 이용하여 소결체로 제조되었으며, 각각의 공정이 열전성능에 미치는 영향을 고찰하였다. OM (Optical Microscope) 및 SEM (Scaning Electric Microscope)을 이용하여 미세구조를 관찰하였고 XRD (X-Ray Diffraction)를 이용하여 상의 변화를 분석하였으며, 상온에서 경도를 측정함으로서 공정조건에 따른 기계적강도를 비교하였다. Seebeck계수는 시편의 양단에 온도차를 주어 발생하는 기전압을 측정하여 계산하였고, 전기비저항은 4point probe방법으로 측정하였다. 전하이동도 및 전하농도는 Hall측정으로부터 구하였고 열전도도를 측정하여 종합적인 열전성능을 평가하였다.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.51 no.1
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• pp.43-50
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• 2014

We fabricated undoped and Sb-doped $SnO_2$ thin films on glass substrates by a pulsed laser deposition (PLD) process. Undoped and 2 - 8 wt% $Sb_2O_3$-doped $SnO_2$ targets with a high density level of ~90% were prepared by the spark plasma sintering (SPS) process. Initially, the effects of the deposition temperature on undoped $SnO_2$ thin films were investigated in the region of $100-600^{\circ}C$. While the undoped $SnO_2$ film exhibited the lowest resistivity of $1.20{\times}10^{-2}{\Omega}{\cdot}cm$ at $200^{\circ}C$ due to the highest carrier concentration generated by the oxygen vacancies, 2 wt% Sb-doped $SnO_2$ film exhibited the lowest resistivity value of $5.43{\times}10^{-3}{\Omega}{\cdot}cm$, the highest average transmittance of 85.8%, and the highest figure of merit of 1202 ${\Omega}^{-1}{\cdot}cm^{-1}$ at $400^{\circ}C$ among all of the doped films. These results imply that 2 wt% $Sb_2O_3$ is an optimum doping content close to the solubility limit of $Sb^{5+}$ substitution for the $Sb^{4+}$ sites of $SnO_2$.