• 제목/요약/키워드: material properties

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캔버스 차단층(Size Layer)의 재료특성 및 기능평가 연구 (A Study on the Material Characteristics and Functionality Evaluation of a Size Layer of a Canvas)

  • 김환주;이화수;정용재
    • 보존과학회지
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    • 제32권2호
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    • pp.167-178
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    • 2016
  • 유화의 구성 조건 중 차단층은 작품보존에 중대한 영향을 미치는 부분이나, 차단층의 역할 및 재료에 대한 보존과학적 접근은 미미한 실정이다. 이에 본 연구에서는 문헌자료 및 유화작품의 구조별 분석 결과를 근거로 표준시료를 제작하였으며, 방습성 평가 및 가속열화실험을 통해 차단층 재료의 기능을 평가하였다. 문헌자료 조사 결과, 과거부터 차단층으로 이용되어온 재료는 아교이고, 현대로 넘어오면서 합성수지가 병용되고 있으며, 특히 Polyvinyl Acetate(PVAc)가 널리 사용되고 있는 것으로 나타났다. 유화작품 분석 결과, 지지체의 표면에서 차단층이 확인되었으며 차단층 재료는 아교로 동정되었다. 바탕칠층 안료는 Funaoka canvas를 기준으로 분석한 결과, 산화납과 산화타이타늄이 주요 구성성분인 것으로 나타났다. 이러한 결과를 근거로 표준시료를 제작하여 차단층 재료의 기능평가를 수행한 결과, 아교의 경우 낮은 수축률을 보였으나, 방습성, 색도, 그리고 인장강도에서 다소 취약한 것으로 나타났으며, 조밀한 균열이 확인되었다. PVAc(A)의 경우 방습성, 색도, 그리고 인장강도에서 안정적인 결과를 나타냈으나, 높은 수축률과 넓은 간격의 균열이 확인되었다. PVAc(B)의 경우 인장강도, 수축 팽창률, 그리고 표면관찰에서 안정적인 결과를 나타낸 반면, 방습성에서 취약한 결과를 보였다. 각각의 차단층 재료별로 상이한 결과가 나타난 것은 차단층 재료의 친수성과 소수성, 분자 간의 밀도와 접착 특성에 기인한 것으로 판단된다. 이러한 결과는 향후 유화작품 보존을 위한 자료로 활용될 것으로 기대된다.

하수슬러지 소각 비산재를 이용한 제올라이트 P1 및 Analcime의 합성 (Synthesis of Zeolite P1 and Analcime from Sewage Sludge Incinerator Fly Ash)

  • 이제승;정숙녀;박철휘
    • 대한환경공학회지
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    • 제30권6호
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    • pp.659-665
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    • 2008
  • 본 연구는 서울특별시 소재 S 물재생센터의 하수슬러지 소각로에서 발생하는 비산재를 이용한 제올라이트 합성에 관한 것이다. 이를 위해 출발물질로서 소각비산재의 특성, 제올라이트 합성을 위한 수열반응조건, 합성된 제올라이트의 적용성을 조사하였다. 하수슬러지 소각 비산재에는 중량으로 각각 42.8%와 21.2%로 많은 양의 SiO$_2$와 Al$_2$O$_3$를 함유하고 있어, 제올라이트 합성의 출발물질로 이용이 가능하였다. 소각 비산재의 중금속 유해성 파악을 위해 용출시험과 함유량 시험을 실시하였는데, 용출시험 결과는 폐기물관리법에서 규제하는 용출기준에 비해 매우 적은 양이 검출되었으나, 함유량 시험에서는 비료관리법 상의 보통 비료 중 유기질 비료 및 부산물 비료의 중금속 위해성 기준을 초과하였다. 수열반응 결과, 주로 생성된 제올라이트는 analcime과 zeolite P1이었다. Analcime은 teflon 반응용기에서 생성되었고, 최적의 반응조건은 알칼리(NaOH)용액의 농도 1 N, 합성온도 135$^{\circ}C$, 합성시간 16시간이었다. 한편, Zeolite P1은 붕규산 유리질 반응용기에서 합성되었고, 알칼리(NaOH)용액 농도 5 N, 합성온도 130$^{\circ}C$, 합성시간 16시간에서 가장 많은 양이 합성되었다. 수열반응 후의 유해 중금속 함유량은 합성전과 비교하여 analcime 생성물에서는 비슷한 수준으로, zeolite P1 생성물에서는 약 절반 정도 감소하였다. 합성된 제올라이트의 성능은 암모늄 이온의 교환정도로서 파악하였는데, 소각 비산재에서 0$\sim$1.0 mg NH$_4{^+}$/g, analcime합성물 3.0$\sim$7.4 mg NH$_4{^+}$/g, 그리고 zeolite P1합성물에서 14.6$\sim$17.8 mg NH$_4{^+}$/g이었다. 천연 제올라이트인 clinoptilolite와 phillipsite의 암모니아 제거능력이 15$\sim$35 mg NH$_4{^+}$/g 정도인데, 본 연구에서는 zeolite P1합성물이 이 범위를 충족하였다. 이러한 관점에서 하수슬러지 소각 비산재를 이용한 제올라이트 합성은 폐기물 재활용의 좋은 대안이 될 수 있을 것으로 판단된다.

고분자 피복요소비료의 질소용출 및 토양중 분해특성 (Nitrogen Release and Polymer Degradation Properties of Polymer-Coated Urea Fertilizer in Soil)

  • 강병화;하병연;박기도;박문수;손보균;정연규;허종수;조주식
    • 한국토양비료학회지
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    • 제35권5호
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    • pp.264-271
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    • 2002
  • 질소원으로 사용되고 있는 요소비료에 고분자 아크릴을 물리적으로 피복하여 제조된 완효성 요소비료의 피복율에 따른 포장용출율, 수중 및 토양중 용출율을 측정하여 이들간의 상관관계에 토양에서 피복물질의 분해특성을 조사하였다. 공시 피복요소비료의 수중 질소용출율과 토양중 질소용출율은 피복율이 낮을수록 용출율은 높았으며 온도가 높을수록 용출속도는 증가하였다. 질소의 용출패턴은 polymer의 피복율의 낮을수록 초기에 급격하게 용출되었고, 피복율이 높을수록 질소용출은 지연되었다. 그리고 토양중 용출속도는 수중조건에 비하여 전반적으로 빠르게 용출되었으며, 실제 포장에서의 용출특성은 항온 토양매립 조건과 유사한 경향을 나타내었다. 실내 토양 매립 조건과 실제 포장에서의 상관관계는 피복율 8.5%인 N001에서 $Y=-0.0011X^2+2.2931X-50.264(R^2=0.9884)$, 피복율 6.3%인 N003은 $Y=-0.0016X^2+1.1587X+5.5064(R^2=0.9850)$ 그리고 피복율 4.8%인 N005는 $Y=-0.03X^2+6.4999X-243.22(R^2=0.9422)$ (Y:포장용출율, X:시험기간)의 관계식을 나타내었다. 그리고 실내 수중조건과 실제 포장에서의 상관관계는 피복율 8.5%인 N001에서 $Y=-0.0011X^2+2.2601X-25.329(R^2=0.9884)$, 피복율 6.3%인 N003은 $Y=-0.0306X^2+4.4994X-76.307(R^2=0.955)$ 그리고 피복율 4.8%인 N005는 $Y=-0.0164X^2+3.7764X-108.22(R^2=0.9422)$의 관계식을 나타내었다. 피복물질인 고분자 아크릴 피복제의 논토양에 매립 기간에 따른 피막의 중량변화는 토양매립 150일 경과 후 피복율 8.5% 비료에서 약 23%, 피복율 6.3% 비료에서 약 22% 그리고 피복율 4.8% 비료에서 약 15%정도 감소되었다.

지르코니아 표면 처리와 시멘트 종류에 따른 치면과의 전단 결합 강도 비교 연구 (In Vitro Evaluation of Shear Bond Strengths of Zirconia Cerami with Various Types of Cement after Thermocycling on Bovine Dentin Surface)

  • 조수현;조인호;이종혁;남기영;김종배;황상희
    • 구강회복응용과학지
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    • 제23권3호
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    • pp.249-257
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    • 2007
  • State of problem : The use of zirconium oxide all-ceramic material provides several advantages, including a high flexural strength(>1000MPa) and desirable optical properties, such as shading adaptation to the basic shades and a reduction in the layer thickness. Along with the strength of the materials, the cementation technique is also important to the clinical success of a restoration. Nevertheless, little information is available on the effect of different surface treatments on the bonding of zirconium high-crystalline ceramics and resin luting agents. Purpose : The aim of this study was to test the effects of surface treatments of zirconium on shear bond strengths between bovine teeth and a zirconia ceramic and evaluate differences among cements Material and methods : 54 sound bovine teeth extracted within a 1 months, were used. They were frozen in distilled water. These were rinsed by tap water to confirm that no granulation tissues have left. These were kept refrigerated at $4^{\circ}C$ until tested. Each tooth was placed horizontally at a plastic cylinder (diameter 20mm), and embedded in epoxy resin. Teeth were sectioned with diamond burs to expose dentin and grinded with #600 silicon carbide paper. To make sure there was no enamel left, each was observed under an optical microscope. 54 prefabricated zirconium oxide ceramic copings(Lava, 3M ESPE, USA) were assigned into 3 groups ; control, airborne-abraded with $110{\mu}m$ $Al_2O_3$ and scratched with diamond burs at 4 directions. They were cemented with a seating force of 10 ㎏ per tooth, using resin luting cement(Panavia $F^{(R)}$), resin cement(Superbond $C&B^{(R)}$), and resin modified GI cement(Rely X $Luting^{(R)}$). Those were thermocycled at $5^{\circ}C$ and $55^{\circ}C$ for 5000 cycles with a 30 second dwell time, and then shear bond strength was determined in a universal test machine(Model 4200, Instron Co., Canton, USA). The crosshead speed was 1 mm/min. The result was analyzed with one-way analysis of variance(ANOVA) and the Tukey test at a significance level of P<0.05. Results : Superbond $C&B^{(R)}$ at scratching with diamond burs showed the highest shear bond strength than others (p<.05). For Panavia $F^{(R)}$, groups of scratching and sandblasting showed significantly higher shear bond strength than control group(p<.05). For Rely X $Luting^{(R)}$, only between scratching & control group, significantly different shear bond strength was observed(p<.05). Conclusion : Within the limitation of this study, Superbond $C&B^{(R)}$ showed clinically acceptable shear bond between bovine teeth & zirconia ceramics regardless of surface treatments. For the surface treatment, scratching increased shear bond strength. Increase of shear bond strength by sandblasting with $110{\mu}m$ $Al_2O_3$ was not statistically different.

방울토마토 (Lycopersicon esculentum var. cerasiforme) 라이코펜 품종의 기능적 특성 (Functional Properties of the Lycopene Cultivar of Cherry Tomato (Lycopersicon esculentum var. cerasiforme))

  • 최석현;안준배
    • 한국조리학회지
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    • 제20권6호
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    • pp.115-127
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    • 2014
  • 본 연구에서는 방울토마토 라이코펜 품종의 기능성 식품 또는 식품 소재로서의 효용성을 알아보기 위하여 총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량, 항산화 활성, 암세포 생육억제 효과를 검증하여 보았다. 방울토마토 라이코펜 품종의 폴리페놀 함량은 건조물 1 g당 $12.28{\pm}1.78mg$으로 국내산 일반 토마토와 유사하였으며, 플라보노이드는 건조물 1 g당 $3.89{\pm}0.54mg$이 함유되어 있어, 일반 토마토에 비해 4~6배 가량 높았다. 방울토마토 라이코펜 품종의 항산화 활성을 알아보기 위해 DPPH radical scavenging activity(DSA), ABTS radical scavenging activity(ASA) 및 Ferric reducing antioxidant power(FRAP)를 측정하였다. DSA와 ASA를 측정한 결과, 추출물의 농도가 증가함에 따라 유의적으로 라디칼 소거 활성이 증가하였으며, $IC_{50}$은 각각 $328.64{\pm}4.190{\mu}g/mL$, $350.61{\pm}3.30{\mu}g/mL$이었다. 또한, FRAP값은 $26.92{\pm}0.68{\mu}mol$ $Fe^{2+}/g$으로 밝혀져 방울토마토 라이코펜 품종은 항산화 활성이 있음이 확인되었다. 방울토마토 라이코펜 품종의 세포독성과 암세포 생육억제 효과를 검증한 결과, 폐암세포(A549)에 대해 강한 생육 억제 효과를 확인할 수 있었다. 방울토마토 라이코펜 추출물은 처리 농도가 증가함에 따라 유의적으로 A549 세포의 생육을 억제하였다. 추출물을 $500{\mu}g/mL$ 농도로 처리하였을 경우, 67.39%의 암세포 억제 효과를 보였으며, $IC_{50}$$375.46{\pm}33.67{\mu}g/mL$이었다. 또한, 방울토마토 라이코펜 추출물은 자궁경부암세포(HeLa)와 간암세포(HepG2)에 대해서도 약한 생육억제 효과를 보임을 확인할 수 있었다. 이상의 결과를 통해 방울토마토 라이코펜 품종은 기능성 식품 또는 식품 소재로서의 가치가 매우 높음이 확인되었다.

치과용 수복재의 수분흡수도와 압축강도의 변화에 관한 연구 (A COMPARATIVE STUDY OF WATER ABSORPTION AND RELATED CHANGES OF COMPRESSIVE STRENGTH IN THREE RESTORATIVE MATERIALS)

  • 장우혁;최영철
    • 대한소아치과학회지
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    • 제30권1호
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    • pp.161-170
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    • 2003
  • 레진계열의 심미성 수복재는 구성성분에 따라 각기 다른 특성과 물리적 성질을 나타낼 뿐만 아니라, 수복물 주변의 환경도 물성에 많은 영향을 미친다. 특히 수분의 흡수는 수복재 물성 변화에 큰 역할을 하며, 재료의 조성과 친수성 정도, 경화기전, 침지기간과 배지 등의 다양한 요소와 관련되어 수복재마다 각기 다른 양상을 나타낸다. 본 연구의 목적은 임상에서 많이 이용되고 있는 레진계열의 수복물 중에서 복합레진, 레진변형 글라스아이오노머 및 콤포머의 침지기간에 따른 수분흡수도와 압축강도의 변화를 계측하여 비교하고, 수분흡수도와 압축강도 간에 나타나는 상관관계를 밝히고자함이다. 복합레진으로는 Z-100(3M, U.S.A.), 콤포머는 F-2000(3M, U.S.A.), 레진변형 글라스아이오노머는 Vitremer Restorative(3M, U.S.A.)를 이용하여 수분흡수도와 압축강도 측정을 위한 시편을 각각 제작하였다. 각 시편을 1일, 2주, 4주, 8주간 $37^{\circ}C$ 증류수에 넣어 보관한 후 수분흡수도는 침지 전과 후의 질량차를 부피로 나눈 값으로 산출하고, 압축강도는 Instron(Instron Corporation Headquarters, U.S.A.)을 이용하여 측정한 후 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 세 가지 수복재 모두 침지기간이 길어짐에 따라 수분흡수도가 증가하였으며 수분흡수의 대부분은 초기 2주 동안에 나타났다(P<0.001). 2. 레진변형 글라스아이오노머의 수분흡수도가 복합레진과 콤포머에 비해 상대적으로 크게 나타났다. 3. 세 가지 수복재 모두 침지시간에 따라 압축강도가 감소하였으며(복합레진과 콤포머: P<0.001, 레진변형 글라스아이오노머: P<0.05), 특히 복합레진이 다른 재료에 비해 가장 큰 감소 경향을 나타냈다. 4. 세 가지 수복재 모두 수분흡수도가 증가함에 따라 압축강도가 감소하였다(P<0.05).

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컴포머와 유치 상아질의 결합에 관한 연구 (A STUDY ON THE BONDING OF COMPOMER TO DECIDUOUS DENTIN)

  • 김지태;김용기;김종수;권순원
    • 대한소아치과학회지
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    • 제29권4호
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    • pp.509-518
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    • 2002
  • 치과 임상에서 널리 사용되고 있는 대표적인 심미성 접착 수복재료인 복합 레진과 글라스 아이어노머 시멘트의 단점을 보완하여 개발된 것으로 알려진 컴포머의 유치 상아질에 대한 결합력을 평가하고자 본 실험을 수행하였다. 치아 교환을 이유로 최근에 발거된 유구치 144개를 실험대상 치아로 선정하였으며, 이 중 120개의 치아는 전단강도 측정실험을 위하여 나머지 24개는 결합계면의 주사전자 현미경 관찰을 위해 무작위로 배분하였다. 각 치아마다 $3{\times}4mm$의 상아질을 노출시킨 후 내경 2.6mm, 높이 2.0mm의 크기로 제작된 폴리에틸렌 주형을 상아질 표면에 고정시킨 다음 각각의 재료를 설정 조건에 따라 충전하였다. 전단강도 실험표본은 만능 시험기를 사용하여 측정하였으며, 주사 전자현미경 관찰 표본 중 1/2은 다시 근원심으로 절단하여 그 결합계면을 관찰하였으며 나머지 1/2은 치아를 완전 탈회시킨 후 상아질 내에 침투된 접착제의 형태를 관찰하였다. 본 실험의 결과 모든 컴포머 군($II{\sim}V$)의 전단강도가 글라스 아이어노머 군(I)보다 높게 나타났고, 산 부식을 시행한 컴포머 군(III, V)이 산 부식을 시행하지 않고 충전한 컴포머 군(II, IV)에 비해 높은 전단강도를 보였으며(p<.05) 복합 레진 군(VI)과의 비교에서도 통계학적인 유의차가 없었다(p>.05). 서로 다른 접착제를 사용한 컴포머군 간의 비교에서는 모두 유의차가 나타나지 않았다. 상아질-수복재 계면의 관찰 결과, 산 부식 처리된 상아질과 결합된 컴포머 군이 처리하지 않은 군에 비해 다소 두꺼운 혼화층이 균일하게 형성되어 있었고 레진 돌기도 더욱 치밀하게 침투한 양상을 보였다. 주사 현미경 관찰에서는 산부식 하지 않은 컴포머 군이 전반적으로 짧고 얇은 레진 태그가 불규칙하게 분포되어 있는 양상을 보인 반면, 산부식을 시행한 군과 복합 레진 군에서는 굵고 긴 레진 태그들이 규칙적이며 치밀한 분포를 나타냈다. 이상의 결과로 미루어 상아질의 산 부식 과정이 컴포머의 결합력 증진에 긍정적 요인으로 작용한 반면 상아질 접착제의 종류는 별다른 영향을 주지 않은 것으로 분석되었다. 결합강도의 비교에서 컴포머가 글라스 아이어노머에 비해 우수한 것으로 평가되어 소아 환자의 유구치 심미 수복재료로서의 가능성이 입증되었다.

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벤토나이트 완충재에서의 기체 팽창 흐름 수치 모델링: DECOVALEX-2019 Task A (Numerical Modelling for the Dilation Flow of Gas in a Bentonite Buffer Material: DECOVALEX-2019 Task A)

  • 이재원;이창수;김건영
    • 터널과지하공간
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    • 제30권4호
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    • pp.382-393
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    • 2020
  • 고준위방사성폐기물을 처분하기 위한 심층처분시스템의 공학적 방벽은 처분 용기에서 방사성 핵종 누출이 발생하더라도 주변 암반으로의 누출 속도를 늦춰주는 역할을 수행해야하기 때문에 장기적으로 그 성능을 유지하여야 한다. 특히 벤토나이트 완충재와 같이 점토 물질을 다량 함유한 매질에서만 나타나는 기체 흐름 현상인 팽창 흐름은 벤토나이트 완충재의 장기 성능에 영향을 미칠 수 있기 때문에 이 현상을 명확히 규명하는 것이 매우 중요하다. 이에 따라 DECOVALEX-2019 Task A에서는 팽창 흐름에 대한 수리-역학적 메커니즘을 규명하고, 기체 이동 현상의 정량적 평가를 위한 새로운 수치 해석 기법 개발 및 검증을 수행하고자 진행되었다. 이를 위해 본 연구에서는 기존의 전통적인 다공성 매질에서의 2상 유동 및 유효응력 개념을 고려한 역학 모델을 기반으로, 손상도 개념을 적용함으로써 매질의 변형에 의한 기체의 팽창 흐름을 모사할 수 있는 수리-역학적 상호작용을 고려한 해석 모델을 개발하였다. 또한 개발된 모델을 이용하여 1차원 및 3차원 기체 주입 시험 결과와의 비교를 통해 모델 검증 및 적용성 검토를 수행하였다. 수치 해석 결과 기체 압력에 의한 팽창 흐름으로 인한 갑작스러운 공극 수압, 응력, 기체 주입량 및 유출량 증가 현상을 확인할 수 있었지만, 개발된 해석 모델에서 수리-역학적 상호작용의 영향이 과소평가 되는 한계를 확인할 수 있었다. 그럼에도 불구하고 본 연구는 팽창 흐름에 대한 예비 모델을 제공하고 후속 연구의 발전된 모델을 개발하기 위한 기반을 제공한다는 점에서 의의가 있다. 또한 본 연구에서 개발된 수리-역학적 상호작용을 고려한 수치 모델은 향후 실험실 및 현장 시험 결과 데이터 분석에 활용될 수 있을 뿐만 아니라, 실제 고준위방사성폐기물 심층처분시스템의 장기 성능평가에도 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

반복하중에 따른 수종 임플란트의 피로파절에 관한 연구 (Fatigue fracture of different dental implant system under cyclic loading)

  • 박원주;조인호
    • 대한치과보철학회지
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    • 제47권4호
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    • pp.424-434
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    • 2009
  • 연구목적: 임플란트는 수직교합 하중에는 비교적 잘 견디나 측방하중에 대해서는 약한 역학적 성질을 갖고 있으므로 임플란트의 재료 특성과 기하학적 형태에 따른 응력 분석 연구의 필요성이 제기되고 있다. 연구재료 및 방법: 외부육각구조를 갖는 28개의 임플란트를 7개씩 4군으로 나누어 그 제품에 적합한 UCLA gold abutment를 이용해, 제3형 금합금으로 보철 물을 제작하였고, A군 (3i, FULL $OSSEOTITE^{(R)}$-Implant), B군 (Nobelbiocare, Branemark $System^{(R)}$Mk III Groovy RP), C군 (Neobiotec, $SinusQuick^{(TM)}$ EB), D군 (Osstem, US-II)으로 분류하였다. 고정체와 지대주나사, 지대주를 연결한 후 수직적으로 절단하여 연마한 후 미세경도계를 이용하여 10군데에서 경도측정을 실시하였고, 동적하중 피로시험기를 이용하여 60-600 N범위로 파절시까지 동적 하중을 가하였다. 주사전자현미경을 이용하여 지대주나사 및 고정체의 파절 양상과 파절 위치 등을 관찰하였고, 유한요소분석을 통해 고정체와 지대주 나사에 나타나는 응력 분포와 파절면을 비교 분석하였다. 결과: 1.고정체 경도는 A, B, C, D군에서 각각 245.3, 289.7, 281.3, 300.4 Hv로 D군이 가장 높았고, A군이 가장 낮았다. 지대주 나사의 경도는 A, B, C, D군에서 각각 340.00, 317.62, 306.5, 306.2 Hv로 A군이 가장 높고, D군이 가장 낮았다. 2. 모든 실험군에서 임플란트 고정체의 파절은 응력이 집중되는 고정체 3-4번째 나사산 홈 (valley) 부위 또는 내면의 사공간부와 일치하는 부위에서 발생되었고, 피로수명은 A, B, C, D군에서 각각 31585, 47311, 30141, 105371로 D군이 가장 높았으며, A, B, C군과는 유의한 차이가 있었다(P<.05). 3. 파절양상은 B군과D군에서는 고정체와 나사 모두에서 수직 (longitudinal)파절과 수평 (transverse)파절이 동시에 일어나는 복합 (complex mode) 파절이 관찰 되었고, A와 C군에서는 고정체에서 수평 (transverse mode) 파절만이 관찰되었다. 4. 유한요소분석 결과 인장응력이 가장 높은 고정체 표면부에서 피로 균열이 시발되어 압축응력이 가장 높은 반대편 부위로 피로균열이 전파되었으며, 최대 유효 응력값은 C군이 가장 높았고, B군에서 가장 낮았다. 결론: 피질골 높이와 일치하는 임플란트 고정체 부위에서 최대 인장 주응력이 발생되며, 고정체 사공간부 (dead space)가 최대 인장 주응력이 작용하는 지그 표면과 일치할 때 피로파절이 발생되었다. 따라서 악골에 식립된 임플란트의 신뢰성을 향상시키고 수명을 증대시키기 위해서는 가능한 임플란트 주위의 골소실이 일어나지 않도록 해야 할 것이나 골흡수가 일어나 사공간부 수준까지 진행된다면 임플란트의 파절 빈도가 증가될 수 있으므로 이에 대한 대처가 필요할 것으로 사료된다.

Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In 조성 솔더 접합부의 내 충격 신뢰성 평가 (Impact Resistance Reliability of Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In Solder Joints)

  • 유아미;이창우;김정한;김목순;이종현
    • 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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    • 한국전기전자재료학회 2008년도 하계학술대회 논문집 Vol.9
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    • pp.226-226
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    • 2008
  • 지난 10여년 동안 Sn-3.0Ag-0.5(wt%)Cu 합금은 대표 무연솔더 조성으로 다양한 전자제품의 실장 및 접합에 적용되어 왔으며, 그 신뢰성 역시 충분히 검증된 바 있다. 그러나 최근 Ag 가격의 급격한 상승과 솔더 접합부의 내 충격 신뢰성을 보다 향상시키고자 하는 업계의 동향은 Ag의 함량이 낮은 무연솔더 조성의 적용 확대를 유도하고 있다. 이에 따라 본 연구자들은 저 Ag 함유 무연슬더로 Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In 조성을 제안한 바 있는데, 이는 Sn-3.0Ag-0.5Cu 조성 이상의 solderability를 가지면서도 그 금속원료 가격이 약 20% 가량 저렴한 특징을 가진다. 또한 열 싸이클링 (cycling) 테스트를 통한 슬더 조인트의 신뢰성을 평가한 결과, Sn-3.0Ag-0.5Cu에 크게 뒤떨어지지 않는 양호한 특성이 관찰되었다. 따라서 본 연구에서는 열 싸이클링 테스트와 더불어 최근 그 중요성이 지속적으로 커지고 있는 내 충격 신뢰성 평가 시험을 실시하여 개발된 4원계 무연솔더 조성의 기계적 특성을 기존 무연솔더 조성과 비교, 분석해 보았다. 각 솔더 조성은 솔더 볼 형태로 제조되어 CSP(Chip Scale Package) 상에 범핑 (bumping)되었으며, CSP를 PCB(Printed Circuit Board) 상에 실장하는 공정에서도 Sn-3.0Ag-0.5Cu 및 Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In의 두 종류의 솔더 페이스트가 사용되었다. 본 연구에서의 내 충격 신뢰성 시험에는 자체 제작한 rod drop 시험기를 사용하였는데, 고정된 CSP 실장 board의 후면 부위를 일정한 높이에서 추를 반복적으로 자유 낙하시켜 급격한 충격을 주는 방식으로 실험을 실시하였다. 이 때 추의 무게는 30g, 낙하 높이는 10cm 였으며, 추의 낙하 시 측정된 board 의 휨 변위량은 약 0.7mm로 측정되었다. 사용된 CSP와 PCB 는 모두 daisy chain 방식으로 연결되어 있기 때문에 저항측정기를 사용한 간단한 실시간 저항 측정 방법으로 시험 이력에 따른 파단부의 발생 시점과 대략의 위치를 손쉽게 확인할 수 있었다. 솔더 조인트의 파단 기준 저항값으로 $1000\Omega$을 설정하였으며. 각 조건 당 5 개 이상의 샘플에 대해 평가를 실시한 후 그 평균값을 조사하였다. 시험 결과 제안된 Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In 조성은 대표적인 저 Ag 함유 조성인 Sn-1.0Ag-0.5Cu에 비해서는 떨어지는 내 충격 신뢰성을 나타내었지만, 우수한 연성에 기인하여 Sn-3.0Ag-0.5Cu 조성에 비해서는 약 2 배 이상 우수한 신뢰성이 관찰되었다. 또한 CSP의 실장 시 Sn-3.0Ag-0.5Cu보다 Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In 조성 솔더 페이스트를 적용한 경우에서 보다 우수한 내 충격 신뢰성을 나타내어 기본적으로 개발된 Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In 솔더 페이스트가 Sn-3.0Ag-0.5Cu 조성의 기존 솔더 페이스트 보다 내 충격 신뢰성이 우수함을 검증할 수 있었다. 각 조성의 솔더 조인트를 $150^{\circ}C$ 에서 500시간 aging한 후 실시한 내 충격 신뢰성 평가에서는 모든 조성에서 그 신뢰성이 급감하는 경항을 나타내었으나, Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In가 Sn-l.0Ag-0.5Cu보다도 그 상대적인 신뢰성이 우수한 것으로 관찰되었다. 이와 같이 aging 후 실시하는 충격시험은 가장 실제적인 상황과 유사한 조건이므로 상기의 실험 결과는 매우 고무적이었으며, 이에 대한 보다 면밀한 분석이 요청되었다. 마지막으로 파면 및 미세조직 관찰을 통하여 각 조성에서의 충격 파단 특성을 비교, 분석해 보았다.

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