• Title/Summary/Keyword: spherical indentation

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α-티타늄 평판표면에서 강체 구형팁의 스크래치로 인한 내부 결정구조 특성 변화에 대한 연구 (A Study on Crystalline Structural Variations of the Rigid Spherical-Tip scratch on the Surface of α-Titanium substrates via Molecular Dynamics Simulations)

  • 정예리;김진호;이태일
    • Tribology and Lubricants
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    • 제39권5호
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    • pp.167-172
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    • 2023
  • Titanium alloys are widely recognized among engineering materials owing to their impressive mechanical properties, including high strength-to-weight ratios, fracture toughness, resistance to fatigue, and corrosion resistance. Consequently, applications involving titanium alloys are more susceptible to damage from unforeseen events, such as scratches. Nevertheless, the impact of microscopic damage remains an area that requires further investigation. This study delves into the microscopic wear behavior of α-titanium crystal structures when subjected to linear scratch-induced damage conditions, utilizing molecular dynamics simulations as the primary methodology. The configuration of crystal lattice structures plays a crucial role in influencing material properties such as slip, which pertains to the movement of dislocations within the crystal structure. The molecular dynamics technique surpasses the constraints of observing microscopic phenomena over brief intervals, such as sub-nano- or pico-second intervals. First, we demonstrate the localized transformation of lattice structures at the end of initialization, indentation, and wear processes. In addition, we obtain the exerted force on a rigid sphere during scratching under linear movement. Furthermore, we investigate the effect of the relaxation period between indentation and scratch deformation. Finally, we conduct a comparison study of nanoindentation between crystal and amorphous Ti substrates. Thus, this study reveals the underlying physics of the microscopic transformation of the α-titanium crystal structure under wear-like accidental events.

Interfacial modulus mapping of layered dental ceramics using nanoindentation

  • Theocharopoulos, Antonios L;Bushby, Andrew J;P'ng, Ken MY;Wilson, Rory M;Tanner, K Elizabeth;Cattel, Michael J
    • The Journal of Advanced Prosthodontics
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    • 제8권6호
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    • pp.479-488
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    • 2016
  • PURPOSE. The aim of this study was to test the modulus of elasticity (E) across the interfaces of yttria stabilized zirconia (YTZP) / veneer multilayers using nanoindentation. MATERIALS AND METHODS. YTZP core material (KaVo-Everest, Germany) specimens were either coated with a liner (IPS e.max ZirLiner, Ivoclar-Vivadent) (Type-1) or left as-sintered (Type-2) and subsequently veneered with a pressable glass-ceramic (IPS e.max ZirPress, Ivoclar-Vivadent). A $5{\mu}m$ (nominal tip diameter) spherical indenter was used with a UMIS CSIRO 2000 (ASI, Canberra, Australia) nanoindenter system to test E across the exposed and polished interfaces of both specimen types. The multiple point load - partial unload method was used for E determination. All materials used were characterized using Scanning Electron Microscopy (SEM) and X - ray powder diffraction (XRD). E mappings of the areas tested were produced from the nanoindentation data. RESULTS. A significantly (P<.05) lower E value between Type-1 and Type-2 specimens at a distance of $40{\mu}m$ in the veneer material was associated with the liner. XRD and SEM characterization of the zirconia sample showed a fine grained bulk tetragonal phase. IPS e-max ZirPress and IPS e-max ZirLiner materials were characterized as amorphous. CONCLUSION. The liner between the YTZP core and the heat pressed veneer may act as a weak link in this dental multilayer due to its significantly (P<.05) lower E. The present study has shown nanoindentation using spherical indentation and the multiple point load - partial unload method to be reliable predictors of E and useful evaluation tools for layered dental ceramic interfaces.

분무건조 및 대기 플라즈마 용사에 의한 탄화규소 세라믹스용 내환경 코팅재의 제조 및 평가 (Fabrication and Characterization of Environmental Barrier Coatings by Spray Drying and Atmospheric Plasma Spraying for Protection of Silicon Carbide Ceramics)

  • 풍범걸;문흥수;곽찬원;박지연;이기성
    • 한국세라믹학회지
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    • 제51권5호
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    • pp.481-486
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    • 2014
  • Environmental barrier coatings (EBCs) are used to protect SiC-based ceramics or composites from oxidation and corrosion due to reaction with oxygen and water vapour at high temperatures above $1000^{\circ}C$. Mullite ceramics have been studied for environmental barrier coatings for Si-based ceramics. More recently, rare earth silicate ceramics have been identified as more water vapour-resistant materials than mullite for environmental barrier coatings. In this study, we fabricate mullite and yttrium silicate ceramics by an atmospheric plasma spray coating method using spherical granules fabricated by spray drying. As a result, EBCs with thicknesses in the range of $200-300{\mu}m$ are successfully fabricated without any macroscopic cracks or interfacial delamination. Phase and microstructure analysis are conducted, and the basic mechanical properties, such as hardness and indentation load-displacement curves are evaluated.

나노인덴테이션 해석을 통한 Ag/Cu층에서 발생하는 Misfit 전위의 slip 특성에 대한 연구 (Nanoindentation on the Layered Ag/Cu for Investigating Slip of Misfit Dislocation)

  • 트란딘 롱;유용문;전성식
    • Composites Research
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    • 제24권3호
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    • pp.17-24
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    • 2011
  • Ag/Cu층에서 발생하는 misfit 전위를 분석하기 위하여, EAM기법을 활용한 나노인덴테이션 해석을 수행하였다. N$\'{o}$se-Hoover 서모스텟 조건에 의거하여, 2-5nm 정도의 두께를 갖는 필름층에 구형 인덴터로 압입하였다. 해석결과는 misfit 전위에 대한 상대적인 압입위치가, 4nm이하의 필름에 대하여 영향을 미치는 것으로 나타났다. 전위에 의한 슬립 발생할 때 탄성에너지 변화는 Ag/Cu의 연화의 중요한 변수로 작용하며, 각각의 경우에 대하여 임계필름두께에 대해서도 고찰하였다.

극미세 점 구조체 제작을 위한 나노압입 공정에서 PMMA의 시간의존적 변형거동에 관한 연구 (A Study on the Time-Dependent Deformation Behaviors of PMMA in Nanoindentation Process for Hyperfine Pit Structure Fabrication)

  • 김현일;강충길;윤성원
    • 한국정밀공학회지
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    • 제22권7호
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    • pp.62-70
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    • 2005
  • The nanoindenter and AFM have been used for nanofabrication, such as nanolithography, nanowriting, and nanopatterning, as well as measurement of mechanical properties and surface topology. Nanoscale indents can be used as cells for molecular electronics and drug delivery, slots for integration into nanodevices, and defects for tailoring the structure and properties. Therefore, it is very important to make indents of desired morphology (shape, size and depth). Indents of different shapes can be obtained by using indenters of different geometries such as a cube comer and conical and spherical tips. The depth and size of indents can be controlled by making indentations at different indentation loads. However, in case of viscoplastic viscoelastic materials such as polymethylmethacrylate (PMMA) the time dependent deformation (TDD) should also be considered. In this study, the effect of process parameters such as loading rate and hold-time at peak load on the indent morphology (maximum penetration depth, elastic recovery, transient creep recovery, residual depth pile-up height) of PMMA were studied for hyperfine pattern fabrication.

고양이 담창구 (Globus Pallidus)의 신경원과 연접기구에 대한 미세구조 (Fine Structure of Neurons and Synaptic Organization in Pallidum of the Cat)

  • Park, W.B.;C.Y. Yun
    • 한국동물학회지
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    • 제26권2호
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    • pp.107-123
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    • 1983
  • The globus pallidus of normal cats were prepared for electron microscopic study following perfusion with a mixture of 1% paraformaldehyde and 1% glutaraldehyde solution. Neurons of two size categories were identified in 1 $\\mu$m araldite sections and their ultrastructural characteristics were studied in adjacent thin section. 1. Large neurons ($30 \\mum \\times 45 \\mum$ in diameter) had extensive areas of rough surfaced endoplasmic reticulm, abundant perinuclear Golgi complex, numerous mitochondria and lipofusin granule, and had a large spherical nucleus with shallow indentation of nuclear manbrane. Small neurons ($17 \\mum \\times 27 \\mum$ in diameter) had poorly rough surfaced endoplasmic reticulum, moderate number of mitochondria and randomly distributed Golgi complex. The nuclear envelope of this cell frequently showed multiple deep invagination. 2. Three types of axo-somatic synapses were identified on the basis of the size and shape of vesicle in the axon terminal and the symmetrical or asymmetrical thickening at the synaptic site. Type I synaptic terminal shows an even distribution of round and oval synaptic vesicles, and has a symmetrical synaptic thickening. Type II axon terminals reveal mostly round and pleomorphic vesicles and a few vesicles were localized near the presynaptic membrane in pale axoplasm and its synaptic thickening were symmetric. Type III axon terminals contain round vesicles, which were aggregated in the axoplasm, and has a asymmetrical synaptic thickening. 3. The majority of axo-somatic contact with the large and small neurons were type I, and type II and III synapes were rare.

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SiCf-SiC 복합재료의 내환경 코팅 및 열, 기계적 내구성 평가 (Thermal and Mechanical Evaluation of Environmental Barrier Coatings for SiCf-SiC Composites)

  • 채연화;문흥수;김세영;우상국;박지연;이기성
    • Composites Research
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    • 제30권2호
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    • pp.84-93
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    • 2017
  • 본 논문에서는 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합재료에 내환경 코팅을 수행한 후, 열 기계적 특성평가에 대한 연구를 수행하였다. 초기분말은 성형공정도중 흐름성을 좋게 하기 위해 분무건조법으로 구형의 분말을 제조하였다. 내환경 코팅재는 복합재료가 산화되거나 고온 수증기와 반응하는 것을 방지하기 위해 행하여 지는데, 본 연구에서는 액상침투법(LSI)으로 제조한 복합재에 실리콘으로 본드코팅을 하고 그 위에 대기플라즈마용사법으로 뮬라이트(mullite)와 무게비로 12% 이터븀 실리케이트(ytterbium silicate)가 혼합된 복합재를 코팅하였다. 대기플라즈마 코팅공정 시 성형변수로서 분무거리를 100, 120 그리고 140 mm로 변화시켰다. 그 후 $1100^{\circ}C$의 온도에서 100시간동안 유지하는 실험과 $1200^{\circ}C$의 온도에서 열충격을 가하는 싸이클을 3000회 반복하였다. 열내구성 시험동안 계면 박리는 일어나지 않았지만, 현저한 균열들이 코팅층 내에서 발견되었다. 균열밀도와 균열의 길이는 코팅도중의 분무거리에 의존하여 변화하였다. 열 내구성 시험 후, 압흔 시험을 통해 기계적 열화거동을 분석하였는데, 시험의 방식이나 조건들이 하중-변위 곡선의 거동에 영향을 주었다.

치아용 세라믹스에서의 접촉피로 및 강도저하 (Contact fatigue and strength degradation in dental ceramics)

  • 정연길;이수영;최성철
    • 한국결정성장학회지
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    • 제9권5호
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    • pp.527-533
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    • 1999
  • 치아용 대체재료로 사용되고 있는 세 가지의 세라믹스, 장석질 자기, 운모를 함유한 유리-세라믹 및 유리침윤 알루미나에 대한 접촉피로을 실제 치아의 접촉상황과 유사한 구형입자를 이용한 헤르지안 압입시험법으로 물에서 수행하였으며, 각 재료에서의 접촉손상이 강도에 미치는 영향을 고찰하였다. 초기의 손상형태는 각 재료가 갖는 미세구조에 의존하여 나타났으며, 장석질 자기는 취성거동을 나타내는 cone 형태의 균열이, 운모를 함유한 유리-세라믹은 준-소성 변형 거동을 나타내는 변형이, 그리고 유리침윤 알루미나는 두 재료의 중간거동을 나타내었다. 그러나 반복하중의 수(n=1~n=$10^6$)가 증가됨에 따라 모든 재료에서 급격한 강도저하를 나타내었으며, 파괴는 접촉피로에 의해 형성된 손상에서 일어났다. 일정하중(200N, 500N 및 1000N)에서 반복하중의 수가 증가됨에 따라 두 번의 강도저하가 일어났으며, 첫 번째의 강도저하는 cone 형태의 균열이 주 요인으로 작용되었으며, 두 번째 강도저하는 반복하중에 따른 radial 형태의 균열에 의해 일어났다. 이러한 radial 형태의 균열발생은 각 재료에서 급격한 강도저하를 가져왔으며, 계속적인 반복하중으로 재료의 파괴를 유발시켰다. 반복하중의 수를 고정시킨 수 압입하중의 변화에 따른 강도저하에 대한 고찰을 통해 장석질 자기가 접촉피로에 대한 손상내구성을 갖음을 알 수 있었다.

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나노결정립 CoCrFeMnNi 고엔트로피합금의 열처리에 따른 이차상 형성 및 나노압입 크리프 거동 변화 연구 (Effects of Heat Treatment on Secondary Phase Formation and Nanoindentation Creep Behavior of Nanocrystalline CoCrFeMnNi High-entropy alloy)

  • 이동현;장재일
    • 열처리공학회지
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    • 제36권3호
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    • pp.128-136
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    • 2023
  • In this study, the effects of heat treatment on the nano-scale creep behavior of CoCrFeMnNi high-entropy alloy (HEA) processed by high-pressure torsion (HPT) was investigated through nanoindentation technique. Nanoindentation experiments with a Berkovich indenter were performed on HPT-processed alloy subjected to heat treatment at 450℃, revealing that the hardness of the HPT-processed alloy (HPT sample) significantly increased with the heat treatment time. The heat treatment-induced microstructural change in HPT-processed alloy was analyzed using transmission electron microscopy, which showed the nano-sized Cr-, NiMn-, and FeCo-rich phases were formed in the HPT-processed alloy subjected to 10 hours of heat treatment (HPT+10A sample). To compare the creep behavior of HPT and HPT+10A samples, constant load nanoindentation creep experiments were performed using spherical indentation indenters with two different radii. It was revealed that the predominant mechanism for creep highly depended on the applied stress level. At low stress level, both HPT and HPT+10A samples were dominated by Coble creep. At high stress level, however, the mechanism transformed to dislocation creep for HPT sample, but continued to be Coble creep for HPT+10A sample, leading to higher creep resistance in the HPT+10A sample.

삼차신경 운동핵에서 교근 근방추 구심성 신경섬유 종말지의 미세구조 (MORPHOLOGY OF THE TERMINAL ARBORS FROM THE MASSETERIC MUSCLE SPINDLE AFFERENTS IN THE TRIGEMINAL MOTOR NUCLEUS)

  • 이경우;배용철;김진수
    • Maxillofacial Plastic and Reconstructive Surgery
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    • 제16권3호
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    • pp.321-347
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    • 1994
  • 교근의 근방추에서 유래하여 단일 연접성 고유수용성 악반사에 관여하는 구심성 신경섬유를 단일 축삭내 HRP 주입기법으로 염색해서 삼차신경 운동핵에서의 type I a 및 type II 신경 섬유 종말부의 미세 구조 및 연접양상을 분석한 결과는 다음과 같았다. ${\cdot}$ 대부분의 표식 종말지는 dome, 길쭉한 형태 혹은 둥근 모양을 나타내었으며, scalloped 형태 혹은 glomerulus 형태는 관찰되지 않았다. ${\cdot}$ 표식 종말지는 다수의 균일한 형태 및 크기(49-52nm) 의 투명한 구형의 소포와 때때로 소수의 치밀소포(직경:87-114nm)를 함유하고 있었다. ${\cdot}$ 표식 종말지의 크기는 type I a가 장경($1.91{\pm}0.63{\mu}m$), 단경($0.94{\pm}0.28{\mu}m$) 및 평균 직경($1.42{\pm}0.40{\mu}m$)에서 type II보다 작았다(p<0.05). ${\cdot}$ 표식 종말지는 신경원체 혹은 가지돌기와 비대칭 연접을 이루었으며, 다형소포와 같은 연접소포들을 함유하는 종말부와의 연접은 관찰되지 않았다. ${\cdot}$ 대부분의 type I a (94.9%) 및 type II(85.9%) 종말지는 단지 1개의 neuronal propile과 연접을 이루었으며, 4개 이상의 neuronal propile들과 연접을 이루는 경우는 관찰되지 않았다. ${\cdot}$ type I a 종말지에 있어서 대부분(87.2%)은 신경원체 및 근심부 가지돌기와 연접을 이루는데 반해 type II 종말지는 다수가(64.8%) 원심부 가지돌기와 연접을 이루었으며 신경원체 및 근심부 가지돌기와 연접을 이루는 경우는 35.2%에 그쳤다. 이상을 종합해 보면 단일 연접성 악반사를 일으키는 구심성 신경섬유 종말부는 삼차운동신경핵에서, 동통 및 촉각 또는 감각분별등 복잡한 감각을 처리하는 감각핵에서 보다 연접후신경원에 강력한 흥분성 신호를 전달하며 또한 대단히 단순한 연접양상을 이루는 것으로 나타났다.

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