SiC-based ceramic composites are currently being considered for use in fuel cladding tubes in light-water reactors. The joining of SiC ceramics in a hermetic seal is required for the development of ceramic-based fuel cladding tubes. In this study, SiC monoliths were diffusion bonded using a Ti foil interlayer and additional Si powder. In the joining process, a very low uniaxial pressure of ~0.1 MPa was applied, so the process is applicable for joining thin-walled long tubes. The joining strength depended strongly on the type of SiC material. Reaction-bonded SiC (RB-SiC) showed a higher joining strength than sintered SiC because the diffusion reaction of Si was promoted in the former. The joining strength of sintered SiC was increased by the addition of Si at the Ti interlayer to play the role of the free Si in RB-SiC. The maximum joint strength obtained under torsional stress was ~100 MPa. The joint interface consisted of $TiSi_2$, $Ti_3SiC_2$, and SiC phases formed by a diffusion reaction of Ti and Si.
To analyze several defects and residual stress in sintering of layer structure materials, multiayer materials with TZP/SUS and ZT/SUS, and bilayer materials with porcelain/alumina and porcelain/Y-TZP were fabricated by sintering method. Multilayer materials prepared by pressureless sintering show the sintering defect such as warping, splitting, cracking originated from the difference of sintering shrinkage between each layer, which could be controlled by the adjustment of number and thickness in interlayer. In tape casting, a certain pressure given during sintering relaxed the sintering defects, specially warping. The residual stress in bilayer was examined with Vickers indentation method. A small tensile stress in porcelain/alumina and a large compressive stress in porcelain/Y-TZP were generated on the porcelain interface due to the thermal expansion mismatch, which affected the strength of bilayer materials. As a consequence, the sintering defects of multilayer materials and the residual stresses of bilayer materials were dominantly influenced on material design and starting material constants.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.22
no.6
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pp.527-532
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2009
In this paper simulations for the impact into ceramics and/or metal materials have been discussed. To model discrete nature for fracture and damage of brittle materials, we implemented cohesive-law fracture model with a node separation algorithm for the tensile failure and Mohr-Coulomb model for the compressive loading. The drawback of this scheme is that it requires a heavy computational time. This is because new nodes are generated continuously whenever a new crack surface is created. In order to reduce the amount of calculation, parallelization with MPI library has been implemented. For the high-speed impact problems, the mesh configuration and contact calculation changes continuously as time step advances and it causes unbalance of computational load of each processor. Dynamic load balancing technique which re-allocates the loading dynamically is used to achieve good parallel performance. Some impact problems have been simulated and the parallel performance and accuracy of the solutions are discussed.
Choi, Yong-Gyu;Lim, Dong-Sung;Kim, Kyong-Hon;Park, Se-Ho;Heo, Jong
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.37
no.8
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pp.781-786
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2000
An Er-doped sulfide fiber was drawn, and its spectroscopic properties were analyzed. Compositions of a 1000 ppmwt Er3+-doped core and an undoped clad were Ge30-Ga1-Asg-S61 and Ge30-As8-S62, in at.%, respectively. Refractive index of the core composition was approximately 0.01 high than that of the clad. In order to enhance the mechanical stability as well as to prevent infiltration of impurity ions such as OH-, an UV-curable polymer was used for the coating. The optical loss of a fiber formed directly from a polymer coated core rod without cladding was ∼15 dB/m at 1.06$\mu\textrm{m}$. In the case of a fiber with core/clad structure, the optical loss was so high that the stimulated emission of erbium fluorescence was not evident. It is believed that presence of inhomogeneous core/clad interface and crystalline aggregates precipitated in the clad region were responsible for the high optical loss. On the other hand, fluorescence characteristics of Er3+ embedded in the core region were more or loss deteriorate compared to fiber preform, which is attributed to the redistribution of the Er ions along with the partial crystallization of the core glass during the fiberization process.
The effect of excess PbO(0, 1, 2, 4, and 8 mol%) on grain growth and densification of (65)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-(35)PbTiO3 [mol%] ceramics has been investigaetd. With increasing the amount of excess PbO and sintering time, densities of sintered samples decreased gradually. The samples containing less than 1 mol% of PbO showed normal grain growth behavior, however abnormal grain growth was observed to occur in the samples with more than 2 mol% of PbO. In the samples with more than 2 mol% of PbO, the number of abnormal grains decreased and thus the average grain size became smaller with increasing the amount of excess PbO. These results demonstrated that the abnormal grain growth started to occur when a critical amount of excess PbO was added to a (65)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-(35)PbTiO3 sample. Since PMN-PT grains in a liquid matrix were angular, the observed abnormal grain growth was explained to proceed through the two dimensional nucleation process.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2000.02a
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pp.60-60
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2000
The adhesion interface formation between copper and poly(ethylene terephthalate)(PET), poly(methyl methacrylate)(PMMA) and Polyimide films was treated using Ion assisted reaction system to sequential sputter deposition by High-Frequency ion source. The ion beam modification system used a new type of low power HF ion thruster for space application as new low thruster electric propulsion system. Low power HF ion thruster with diameter 100mm gives the opportunity to obtain beams of Ar+ with currents 20~150 mA (current density 0.5~3.5 mA/cm2) and energy 200~2500eV at HF power level 10~150 W. Using Ar as a working gas it is possible to obtain thrust within 3~8 mN. Contact angles for untreated films were over 95$^{\circ}$ and 80 for Pet, 10o for PMMA and 12o for PI samples as a condition of ion assisted reaction at the ion dose of 10$\times$1016 ions/cm2, the ion beam potential of 1.2 keV and 4 ml/min for environmental gas flow rate. 900o peel tests yielded values of 15 to 35 for PET, 18 to 40 and 12 to 36 g/min. respectively. High resolution X-ray photoelectron spectrocopy is the Cls region for Cu metal on these polymer substrates showed increases in C=O-O groups for polymide, whereas PET and PMMA treated samples showed only C=O groups with increase the ion dose. Finally, unstable polymer surface can be changed from hydrophobic to hydrophilic formation such as C-O and C=O that were confirmed by the XPS analysis, conclusionally, the ion assisted reaction is very effective tools to attach reactive ion species to form functional groups on C-C bond chains of PET, PMMA and PI.
Ceramic coatings with high hardness and excellent chemical stability have been successfully applied to various machine elements, tools, and implants. However, in the case of monolayer coating on soft substrates, a high-stress concentration at the interface between the coating and the substrate causes delamination of the coating layer. Recently, to overcome this problem, multilayer coatings with a metal layer with a low modulus of elasticity added between the ceramic and the substrate have been widely applied. This study presents the third part of a recent study and focuses on the effect of the number of coating layers on the Brinell hardness of multilayered coating with TiN/Ti, following the two previous studies on a new Brinell hardness test method for a coated surface and on the influence of substrate and coating thickness. Indentation analyses are performed using finite element analysis software, von Mises stress and equivalent plastic strain distributions, load-displacement curves, and residual indentation shapes are presented. The number of TiN/Ti layers considerably affect the stress distributions and indentation shapes. Moreover, the greater the number of TiN/Ti layers, the higher is the Brinell hardness. The stress and plastic strain distributions confirm that the multilayer coatings improve the wear resistance. The results are expected to be used to design and evaluate various coating systems, and additional study is required.
Seung-Jun Yeo;Hae-Reum Shin;Woo-Seung Noh;Man-Tae Kim
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.26
no.6_3
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pp.1297-1303
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2023
Research on enhancing the mechanical strength, lightweight properties, electrical conductivity, and thermal conductivity of composite materials by incorporating nano-materials is actively underway. Thermoplastic resins can change their form under heat, making them highly processable and recyclable. In this study, Polyamide-Nylon 6 (PA6), a thermoplastic resin, was utilized, and as reinforcing agents, fused carbon nano-materials (FCN) formed by structurally combining Carbon Nanotube(CNT) and Graphene were employed. Nano-materials often face challenges related to cohesion and dispersion. To address this issue, Silane functional groups were introduced to enhance the dispersion of FCN in PA6. The manufacturing conditions for the composite materials involved determining the use of a dispersant and varying FCN content at 0.05 wt%, 0.1 wt%, and 0.2 wt%. Tensile strength measurements were conducted, and FE-SEM analysis was performed on fracture surfaces. As a result of the tensile strength test, it was confirmed that compared to pure PA6, the strength of the polymer composite with a content of 0.05 wt% was improved by about 60%, for 0.1 wt%, about 65%, and for 0.2 wt%, the strength was improved by 50%. Also, when compared according to the content of FCN, the best strength value was shown when 0.1 wt% was added. The elastic modulus also showed an improvement of about 15% in the case of surface treatment compared to the case without surface treatment, and an improvement of about 70% compared to pure PA6. Through FE-SEM, it was confirmed that the matrix material and silane-modified nanomaterial improved the dispersibility and bonding strength of the interface, helping to support the load evenly and enabling effective stress transfer.
The purpose of this study was to evaluate the clinical usefulness of plasma arc light which can reduce the curing time dramatically compared by shear bond strengths and failure patterns of the brackets bonded with visible light in direct bracket bonding. Some kinds of brackets were bonded with the Transbond$^{\circledR}$ to the human premolars which were embedded in the resin blocks according to the various conditions. After bonding, the shear bond strength was tested by Instron universal testing machine and in addition , the amount of residual adhesive remaining on the tooth after debonding was measured by the stereoscope and assessed with adhesive remnant index(ARI). The results were as follows : 1. When plasma arc light was used for bonding the brackets, the shear bond strength was clinically sufficient in both metal and ceramic brackets, but resin brackets showed significantly lower bond strength but which was clinically useful. 2. When metal brackets were bonded using visible light, there was no significant difference in shear bond strength due to the light-curing time and the bond strength was clinically sufficient. 3. When the adhesive failure patterns of brackets bonded with plasma arc light were observed by using the adhesive remnant index, the bond failure of the metal and resin bracket occurred more frequently at bracket-adhesive interface but the failure of the ceramic bracket occurred more frequently at enamel-adhesive interface. 4. There was no statistically significant difference of the shear bond strength and adhesive failure pattern between metal bracket bonded for 2 seconds by curing with plasma arc light and 10 seconds by curing with visible light. 6. When metal brackets were bonded using plasma arc light, the shear bond strength decreased as the distance from the light source increased. The above results suggest that plasma arc light can be clinically useful for bonding the brackets without fear of the decrease of the shear bond strength.
The effect of alloy compositions of the bond coating on the plasma sprayed-thermal barrier coatings was investigated. The performance of the coating composed of Rene80/NiCrAl/ZrO$_2$-CeO$_2$-Y$_2$O$_3$ and Rene80/CoNiCrAlY/ZrO$_2$-CeO$_2$-Y$_2$O$_3$was evaluated by isothermal and thermal cyclic test in an ambient atmosphere at 115$0^{\circ}C$. The failure of Rene80/NiCrAl/ZrO$_2$-CeO$_2$-Y$_2$O$_3$ coatings was occurred at the bond coating/ceramic coating interface while Rene80/CoNiCrAlY/ZrO$_2$-CeO$_2$-Y$_2$O$_3$ coating was failed at the substrate/bond coating interface after thermal cyclic test. The lifetime of Rene80/NiCrAl/ZrO$_2$-CeO$_2$-Y$_2$O$_3$coatings was longer than Rene80/CoNiCrAlY/ZrO$_2$-CeO$_2$-Y$_2$O$_3$coating. The oxidation rate of the NiCrAl bond coating examined by TGA was lower than CoNiCrAlY bond coatings. In summary, these results suggest that Rene80/CoNiCrAlY/ZrO$_2$-CeO$_2$-Y$_2$O$_3$system as thermal barrier coating be not suitable considering the durability of the coating layer for high temperature oxidation and thermal stress.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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