Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.18
no.1
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pp.45-49
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2008
The development of manufacturing process of silicon (Si) ingots is one of the important issues to the growth of the photovoltaic industry. Polycrystalline Si wafers shares more than 60% of the photovoltaic market due to its cost advantage compared to mono crystalline silicon wafers. Several solidification processes have been developed by industry including casting, heat exchange method (HEM) and electromagnetic casting. In this paper, the advanced directional solidification (ADS) method is used to growth of large sized polycrystalline Si ingot. This method has the advantages of the small heat loss, short cycle time and efficient directional solidification. The numerical simulation of the process is applied using a fluid dynamics model to simulate the temperature distribution. The results of simulations are confirmed efficient directional solidification to the growth of large sized polycrystalline Si ingot above 240 kg.
Park, Jong-Moon;Jang, Ho-Seung;Kim, Seong-Woong;Kim, Seung-Eon;Shon, Je-Ha;Oh, Myung-Hoon
Journal of the Korean Society for Heat Treatment
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v.29
no.5
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pp.227-233
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2016
Phase transformation phenomenon at high temperature was investigated by using designed TiAl-Nb alloys with addition of the ${\beta}$ stabilizer. Examination of dendritic morphologies in arc-melted button ingot could reveal the crystallography of the primary solidification phase. It was found that the addition of ${\beta}$ stabilizer(Nb) shifted the high temperature region of the binary Ti-Al phase diagram to the high Al composition side so that ${\beta}$ phase forms as a primary crystal even at higher Al composition compared with the binary Ti-Al system. The ${\beta}$ was found to be the primary solidification phase for alloys with Al content less than about 52 at.%. The composition of ${\beta}$ solidification in Ti-Al-Nb ternary system could be determined from the partial liquidus projection which was constructed by observing the microstructure of arc-melted buttons. The Ti-46Al-(6, 8)Nb composition was selected for ${\beta}$ solidification and the directional solidification was performed by a floating zone-type DS apparatus at the growth rate 30 mm/hr respectively.
While high-temperature ceramic composites consisting of carbides, borides, and nitrides, the so-called ultra-high-temperature ceramics (UHTCs), have been commonly produced through solid-state sintering, melt-solidification is an alternative method for their manufacture. As many UHTCs are binary or ternary eutectic systems, they can be melted and solidified at a relatively low temperature via a eutectic reaction. The microstructure of the eutectic composites is typically rod-like or lamellar, as determined by the volume fraction of the second phase. Directional solidification can help fabricate more sophisticated UHTCs with highly aligned textures. This review describes the fabrication of UHTCs through the eutectic reaction and explains their mechanical properties. The use of melt-solidification has been limited to small specimens; however, the recently developed laser technology can melt large-sized UHTCs, suggesting their potential for practical applications. An example of laser melt-solidification of a eutectic ceramic composite is demonstrated.
The <100> oriented $Fe_{83}Ga_{17}$ alloys with various contents of NbC or B were prepared by directionally solidification method at the growth rate of $720mm{\cdot}h^{-1}$. With a small amount of precipitates, the columnar grains grew with cellular mode during directional solidification process, while like-dendrite mode of grains growth was observed in the alloys with higher contents of 0.5 at% due to the dragging effect of precipitates on the boundaries. The NbC precipitates disperse both inside grains and along the boundaries of $Fe_{83}Ga_{17}$ alloys with NbC addition, and the Fe2B secondary phase particles preferentially distribute along the grain boundaries in B-doped alloys. Precipitates could affect grain growth and improved the <100> orientation during directional solidification process. Small amount of precipitate element addition slightly increased the magnetostrictive strain, and a high value of 335 ppm under pre-stress of 15 MPa was achieved in the alloys with 0.1 at% NbC. Despite the fact that the effect on magnetic induction density of small amount of precipitates could be negligible, the coercivity markedly increased with addition of precipitate element for $Fe_{83}Ga_{17}$ alloy due to the retarded domain motion resulted by precipitates.
The effects of risering design and alloying element on the formation of defects such as external depression, primary and secondary shrinkage cavity in gray cast iron were investigated. Two types of risering design for the cylindrically step-wise specimen, No. 1(progressive solidification) and No. 2(directional solidification) risering designs, were prepared and five different alloy compositions were casted. In the No. 1 risering design, external depression or primary shrinkage cavity due to liquid contraction was observed in all the specimens from ISO 150 to ISO 350. The primary shrinkage cavity was located right under the top surface or connected to the top surface, and was characterized by smooth surface. Its size increased with an increase in ISO number. However, neither secondary shrinkage cavity nor swollen surface was observed in all the castings. In the No.2 risering design, neither primary shrinkage cavity nor secondary shrinkage cavity was observed in all the specimens due to proper risering design. A swollen surface was also not observed in all the castings with the application of pep-set mold.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.24
no.5
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pp.190-195
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2014
Because of the temperature gradient occurring during the growth of the ingot with directional solidification method, defects are generated and the residual stress is produced in the ingot. Changing the growth and cooling rate during the crystal growth process will be helpful for us to understand the defects and residual stress generation. The defects and residual stress can affect the properties of wafer. Generally, it was found that the size of grains and twin boundaries are smaller at the top area than at the bottom of the ingot regardless of growth and cooling condition. In addition to that, in the top area of silicon ingot, higher density of dislocation is observed to be present than in the bottom area of the silicon ingot. This observation implies that higher stress is imposed to the top area due to the faster cooling of silicon ingot after solidification process. In the ingot with slower growth rate, dislocation density was reduced and the TTV (Total Thickness Variation), saw mark, warp, and bow of wafer became lower. Therefore, optimum growth condition will help us to obtain high quality silicon ingot with low defect density and low residual stress.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.4
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pp.525-531
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2007
The operating temperature has been increased to improve the efficiency of gas turbine. The most advanced Gas turbine is operated at above $1,500^{\circ}C$. Improvement in material and cooling method permit hot gas path component to run at increased temperature. But, the repair of blades which are developed with advanced manufacture technique is difficult to use normal welding. Most of gas turbine blades are made of precipitation harden nickel base superalloy, which is very hard to weld. Therefore, the employment of welding filler on blade is solid solution nickel base superalloy(Hastelloy X, Inconel 617). In this study, Tensile test in high temperature was conducted on welded GTD111DS with GTD111 to evaluate effect of variation of pre, post treatment. The result of this study showed that the specimen was treated with optimum pre and post treatment(preweld HT($1200^{\circ}C$), Post treatment($1100^{\circ}C$ HIP, $1200^{\circ}C$ + $1100^{\circ}C$ + $800^{\circ}C$ HT) is mush superior.
Seo, Seong-Moon;Jeong, Hi-Won;Lee, Je-Hyun;Yoo, Young-Soo;Jo, Chang-Yong
Korean Journal of Metals and Materials
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v.49
no.11
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pp.882-892
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2011
The influence of rhenium (Re) and ruthenium (Ru) addition on the solidification and solute redistribution behaviors in advanced experimental Ni-base superalloys has been investigated. A series of model alloys with different levels of Re and Ru were designed based on the composition of Ni-6Al-8Ta and were prepared by vacuum arc melting of pure metallic elements. In order to identify the influence of Re and Ru addition on the thermo-physical properties, differential scanning calorimetry analyses were carried out. The results showed that Re addition marginally increases the liquidus temperature of the alloy. However, the ${\gamma}^{\prime}$ solvus was significantly increased at a rate of $8.2^{\circ}C/wt.%$ by the addition of Re. Ru addition, on the other hand, displayed a much weaker effect on the thermo-physical properties or even no effect at all. The microsegregation behavior of solute elements was also quantitatively estimated by an electron probe microanalysis on a sample quenched during directional solidification of primary ${\gamma}$ with the planar solid/liquid interface. It was found that increasing the Re content gradually increases the microsegregation tendency of Re into the dendritic core and ${\gamma}^{\prime}$ forming elements, such as Al and Ta, into the interdendritic area. The strongest effect of Ru addition was found to be Re segregation. Increasing the Ru content up to 6 wt.% significantly alleviated the microsegregation of Re, which resulted in a decrease of Re accumulation in the dendritic core. The influence of Ru on the microstructural stability toward the topologically close-packed phase formation was discussed based on Scheil type calculations with experimentally determined microsegregation results.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.17
no.12
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pp.185-194
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2000
Rapid Prototyping(RP) techniques have their unique characteristics according to the working principles: stair-stepped surface of parts due to layer-by-layer stacking, low build speed caused by line-by-line solidification to build one layer, and additional post processing to improve surface roughness, so it is required very high cost to introduce and to maintain of RP apparatus. The objective of this study is to develop a new RP process, Variable Lamination Manufacturing using linear hotwire cutting technique and expandable polystyrene foam sheet as part material(VLM-S), and to investigate characteristics of part material, cutting characteristics by using linear hotwire cutting system and bonding. Experiments were carried out to investigate mechanical properties of part material such as anisotropy and directional tensile strength. In order to obtain optimal dimensional accuracy, surface roughness, and reduced cutting time, addition experiments were performed to find the relationship between cutting speed and cutting offset of hotwire, and heat generation of hotwire per unit length. So, adhesion strength tests according to ASTM test procedure showed that delamination did not occur at bonded area. Based on the data, a clover-shape was fabricated using unit shape part(USP) it is generated hotwire cutting. The results of present study have been reflected on the enhancement of the VLM-S process and apparatus.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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