Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.1
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pp.699-704
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2018
One-dimensional nanostructures have attracted increasing attention because of their unique electronic, optical, optoelectrical, and electrochemical properties on account of their large surface-to-volume ratio and quantum confinement effect. Vertically grown nanowires have a large surface-to-volume ratio. The vapor-liquid-solid (VLS) process has attracted considerable attention for its self-alignment capability during the growth of nanostructures. In this study, vertically aligned silicon oxide nano-pillars were grown on Si\$SiO_2$(300 nm)\Pt substrates using two-zone thermal chemical vapor deposition system via the VLS process. The morphology and crystallographic properties of the grown silicon oxide nano-pillars were investigated by field emission scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. The diameter and length of the grown silicon oxide nano-pillars were found to be dependent on the catalyst films. The body of the silicon oxide nano-pillars exhibited an amorphous phase, which is consisted with Si and O. The head of the silicon oxide nano-pillars was a crystalline phase, which is consisted with Si, O, Pt, and Ti. The vertical alignment of the silicon oxide nano-pillars was attributed to the preferred crystalline orientation of the catalyst Pt/Ti alloy. The vertically aligned silicon oxide nano-pillars are expected to be applied as a functional nano-material.
The effect of solidification rate on the microstructure of directionally solidified IN792+ Hf superalloy has been studied. Solidification sequence and precipitation behavior of the alloy have been analysed by microstructural observation. The script carbide transformed to faceted carbide with decreasing solidification rates. The incorporation of ${\gamma}$ phase into the faceted carbide was due to dendritic growth of carbides. Some elongated carbide bars formed along the grain boundaries at a solidification rate of 0.5$\mu\textrm{m}$/s. Two zones, ${\gamma}$' forming elements enriched zone and depleted zone, were found in the residual liquid area. Eutectic ${\gamma}$/${\gamma}$' nucleated in the f forming elements enriched zone. Formation of eutectic ${\gamma}$/${\gamma}$' increased the ratio of (Ti+Hf+Ta+W)/Al and induced η phase precipitation. The ratio of (Ti+Hf+Ta+W)/Al decreased at lower solidification rates due to sufficient back diffusion in the residual liquid area. Hence, the Precipitation of the η Phase efficiently suppressed at the lower solidification rate.
In general after the etching process, waste etching solution contains metals. (ex. Nickel (Ni), Chromium (Cr), Zinc (Zn), etc.) In this work, we proposed a recycling process for waste etching solution and refining from waste liquid contained nickel to make nickel metal nano powder. At first, the neutralization agent was experimentally selected through the hydrolysis of impurities such as iron by adjusting the pH. We selected sodium hydroxide solution as a neutralizing agent, and removed impurities such as iron by pH = 4. And then, metal ions (ex. Manganese (Mn) and Zinc (Zn), etc.) remain as impurities were refined by D2EHPA (Di-(2-ethylhexyl) phosphoric acid). The nickel powders were synthesized by liquid phase reduction method with hydrazine ($N_2H_4$) and sodium hydroxide (NaOH). The resulting nickel chloride solution and nickel metal powder has high purity ( > 99%). The purity of nickel chloride solution and nickel nano powders were measured by EDTA (ethylenediaminetetraacetic) titration method with ICP-OES (inductively coupled plasma optical emission spectrometer). FE-SEM (field emission scanning electron microscopy) was used to investigate the morphology, particle size and crystal structure of the nickel metal nano powder. The structural properties of the nickel nano powder were characterized by XRD (X-ray diffraction) and TEM (transmission electron microscopy).
TiC particulate reinforced magnesium matrix composites were fabricated by melt stirring method. The effect of alloying elements on TiC particulate dispersion into molten magnesium and mechanical properties were investigated. The incorporation time is defined as the time required for dispersion of solid particles into molten metal. The incorporation time of TiC particles into molten pure magnesium was remarkably shorter and the particulated dispersion was more uniform than that of pure aluminum which was reported previously. The incorporation time was, prolonged by the addition of Al, Bi, Ca, Ce, Pb, Sn or Zn. The tensile strength increased and elongation decreased by the addition of Cu or Sn into the matrices and composites. Although, the tensile strength of the matrices and composites increased by alloying with Ca or Ce, the maximum elongation was observed at a content of about 1% for the matrices. By alloying with Zn, the tensile strength increased for the matrices and composites, but the elongation of the matrices increased. The pure magnesium and its alloy matrix composites reinforced with 20vol% TiC have the tensile strength of about 400MPa. This value is compared with the tensile strength of SiC whisker reinforced magnesium matrix composites fabricated by liquid infiltration method at the same volume fraction. There fore, the melt strirring method which has the advantages of simple process is considered to be efficient in fabricating magnesium matrix composites.
Annealing effects on the permeability aftereffect(disaccommodation) of liquid quenched single strip $Fe_{73.5}Cu_1Nb_3Si_{16}B_{6.5}$ alloys were investigated with pulse method. The initial susceptibility X, $B_{10},$ (the flux density at 10 Oe) and disaccommodation intensity D (D = [X(1 s)-X(64 s)]/X(1 s), where X(1 s) and X(64 s) are the susceptibility of 1 and 64 s of rest time after A. C. demagnetization) were about 800, 0.8 T and 16 %, respectively. The soft magnetic properties were improved with isothermal annealing for 1 hour at $300{\sim}600^{\circ}C.$ X, $B_{10},$ and D at $570^{\circ}C$ of optimum annealing temperature were 15000, 1.2 T and 1.1 %, respectively. The origin of the change of characteristics were examined with fine crystalline structure and magnetostriction.
Ti$_{50}$Cu$_{20}$Ni$_{20}$Al$_{10}$ quaternary amorphous alloy was prepared by high-energy ball milling process. A complete amorphization was confirmed for the composition of Ti$_{50}$Cu$_{20}$Ni$_{20}$Al$_{10}$ after milling for 30hrs. Differential scanning calorimetry showed a large super-cooled liquid region ($\Delta$T$_x$ = T$_x$ T$_g$, T$_g$ and T$_x$: glass transition and crystallization onset temperatures, respectively) of 80 K. Prepared amorphous powders of Ti$_{50}$Cu$_{20}$Ni$_{20}$Al$_{10}$ were consolidated by spark-plasma sintering. Densification behavior and microstructure changes were investigated. Samples sintered at higher temperature of 713 K had a nearly full density. With increasing the sintering temperature, the compressive strength increased to fracture strength of 756 MPa in the case of sintering at 733 K, which showed a 'transparticle' fracture. The samples sintered at above 693 K showed the elongation maximum above 2%.
The objective of this study was to obtain a better understanding of the delayed hydride cracking (DHC) of Zr-2.5Nb alloy. The DHC model has some defects: first, it cannot explain why the DHC velocity (DHCV) becomes constant regardless of an applied stress intensity factor, even though the stress gradient is affected by the applied stress intensity factor at the notch tip. Second, it cannot explain why the DHCV has a strong dependence on the method of approaching the test temperature by a cool-down or a heating-up, even under the same stress gradient, and third, it cannot predict any hydride size effect on the DHC velocity. The DHC tests were conducted on Zr-2.5Nb compact tension specimens with the test temperatures reached by a heating-up method and a cool-down method. Crack velocities were measured in hydrided specimens, which were cooled from solution-treatment temperatures at different rates by being furnace-cooled, water-quenched, and liquid nitrogen-quenched. The resulting hydride size, morphology, and distributions were examined by optical metallography. It was found that fast cooling rates, which produce very finely dispersed hydrides, result in higher crack growth rates. This different DHC behavior of the Zr-2.5Nb tube with the cooling rate after a homogenization treatment is due to the precipitation of the $\gamma$-hydrides only in the water-quenched Zr-2.5Nb tube. This experiment will provide supporting evidence that the terminal solid solubility of a dissolution (TSSD) of $\gamma$-hydrides is higher than that of $\delta$-hydrides.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2011.10a
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pp.27.1-27.1
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2011
The recent extensive research of one-dimensional (1D) nanostructures such as nanowires (NWs) and nanotubes (NTs) has been the driving force to fabricate new kinds of nanoscale devices in electronics, optics and bioengineering. We attempt to produce silicon oxide nanowires (SiOxNWs) in a simple way without complicate deposition process, gaseous Si containing precursors, or starting material of $SiO_2$. Nickel (Ni) nanoparticles (NPs) were applied on Si wafer and thermally treated in a furnace. The temperature in the furnace was kept in the ranges between 900 and $1,100^{\circ}C$ and a mixture of nitrogen ($N_2$) and hydrogen ($H_2$) flowed through the furnace. The SiOxNWs had widths ranging from 100 to 200 nm with length extending up to ~10 ${\mu}m$ and their structure was amorphous. Ni NPs were acted as catalysts. Since there were no other Si materials introduced into the furnace, the Si wafer was the only Si sources for the growth of SiOxNWs. When the Si wafer with deposition of Ni NPs was heated, the liquid Ni-Si alloy droplets were formed. The droplets as the nucleation sites induce an initiation of the growth of SiOxNWs and absorb oxygen easily. As the droplets became supersaturated, the SiOxNWs were grown, by the reaction between Si and O and continuously dissolving Si and O onto NPs. Photoluminescence (PL) showed that blue emission spectrum was centered at the wavelength of 450 nm (2.76 eV). The details of growth mechanism of SiOxNWs and the effect of Ni NPs on the formation of SiOxNWs will be presented.
Amorphization and crystallization behaviors of $Ti_{50}Cu_{50}Ni_{20}Al_{10}$ powders during high-energy ball milling and subsequent heat treatment were studied. Full amorphization obtained after milling for 30 h was confirmed by X-ray diffraction and transmission electron microscope. The morphology of powders prepared using different milling times was observed by field-emission scanning electron microscope. The powders developed a fine, layered, homogeneous structure with prolonged milling. The crystallization behavior showed that the glass transition, $T_g$, onset crystallization, $T_x$, and super cooled liquid range ${\Delta}T=T_x-T_g$ were 691,771 and 80 K, respectively. The isothermal transformation kinetics was analyzed by the John-Mehn-Avrami equation. The Avrami exponent was close to 2.5, which corresponds to the transformation process with a diffusion-controlled type at nearly constant nucleation rate. The activation energy of crystallization for the alloy in the isothermal annealing process calculated using an Arrhenius plot was 345 kJ/mol.
Experimental results of the metal powder production with internal mixing, internal impinging and the atomizer coupled with substrate design are presented in this paper. In a test with internal mixing atomizer, mean powder size was decreased from $37{\mu}m\;to\;23{\mu}m$ for Pb65Sn35 alloy as the gas-to-melt mass ratio was increased from 0.04 to 0.17. The particle size further reduces to $16.01{\mu}m$ as the orifice area is increased to $24mm^2$. The micrograph of the metal powder indicates that very fine and spherical metal powder has been produced by this process. In a test program using the internal impinging atomizers, the mean particle size of the metal powder was decreased from $22{\mu}m\;to\;12{\mu}m$ as the gas-to-melt-mass ratio increased from 0.05 to 0.22. The test results of an atomizer coupled with a substrate indicates that the deposition rate of the molten spray on the substrate is controlled by the diameter of the substrate, the height of the substrate ring and the distance of the substrate from the outlet of the atomizer. This in rum determines the powder production rate of the spraying processes. Experimental results indicate that the deposition rate of the spray forming material decreases as the distance between the substrate and the atomizer increases. For example, the deposition rate decreases from 48% to 19% as the substrate is placed at a distance from 20cm to 40cm. On the other hand, the metal powder production rate and its particle size increases as the subsrate is placed far away from the atomizer. The production of metal powder with mean particle size as low as $3.13{\mu}m$ has been achieved, a level which is not achievable by the conventional gas atomization processes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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