• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2017년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.93-93
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• 2017

고전력 펄스 전원공급장치를 이용한 마그네트론 스퍼터링(high-power impulse magnetron sputtering; HiPIMS)과 직류(direct current; DC) 전원공급장치를 이용한 마그네트론 스퍼터링(DC 스퍼터링)을 이용하여 제조한 티타늄 질화물(titanium nitride; TiN) 박막의 특성을 비교하였다. HiPIMS와 DC 스퍼터링 공정 중에 빗각증착을 적용하여 TiN 박막의 미세구조와 기계적 특성의 변화를 확인하였다. TiN 박막을 코팅하기 위한 기판으로 스테인리스 강판(SUS304)과 초경(cemented carbide; WC-10wt.%Co)을 사용하였다. 기판은 알코올과 아세톤으로 초음파 처리를 실시하여 기판 표면의 불순물을 제거하였다. 기판 청정 후 진공용기 내부의 기판홀더에 기판을 장착하고 $2.0{\times}10^{-5}torr$의 기본 압력까지 진공배기를 실시하였다. 진공 용기의 압력이 기본 압력에 도달하면 아르곤(Ar) 가스를 진공용기 내부로 ${\sim}10^{-2}torr$의 압력으로 주입하고 기판홀더에 라디오 주파수(radio frequency; rf) 전원공급장치를 이용하여 - 800 V의 전압을 인가하여 글로우 방전을 발생시켜 30 분간 기판 표면의 산화막을 제거하는 기판청정을 실시하였다. 기판청정이 완료되면 기본 압력까지 진공배기를 실시하고 Ar과 질소($N_2$)의 혼합 가스를 진공용기 내부로 ${\sim}10^{-3}torr$의 압력으로 주입하여 HiPIMS와 DC 스퍼터링으로 TiN 박막 제조를 실시하였다. 빗각의 크기는 $45^{\circ}$와 $-45^{\circ}$이었다. 제조된 TiN 박막은 주사전자 현미경, 비커스 경도 측정기 그리고 X-선 회절 분석기를 이용하여 특성을 분석하였다. HiPIMS로 제조한 TiN 박막은 기판 전압을 인가하지 않아도 색상이 노란색을 보이지만, DC 스퍼터링으로 제조한 TiN 박막은 기판 전압을 인가하지 않으면 노란색을 보이지 않고 어두운 갈색에 가까운 색을 보였다. TiN 박막의 경도는 HiPIMS로 제조한 TiN 박막이 DC 스퍼터링으로 제조한 TiN 박막보다 높았다. 이러한 TiN 박막의 특성 차이는 DC 스퍼터링과 비교하여 높은 HiPIMS의 이온화율에 의한 결과로 판단된다. 빗각을 적용한 TiN 박막은 미세구조 변화를 보였으며 이러한 미세구조 변화는 TiN 박막의 특성에 영향을 미치는 것을 확인하였다.

• 한국재료학회지
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• 제23권7호
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• pp.373-378
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• 2013

In order to clarify the effect of C/Ti atom ratios(${\chi}$) on the deformation behavior of $TiC_{\chi}$ at high temperature, single crystals having a wide range of ${\chi}$, from 0.56 to 0.96, were deformed by compression test in a temperature range of 1183~2273 K and in a strain rate range of $1.9{\times}10^{-4}{\sim}5.9{\times}10^{-3}s^{-1}$. Before testing, $TiC_{\chi}$ single crystals were grown by the FZ method in a He atmosphere of 0.3MPa. The concentrations of combined carbon were determined by chemical analysis and the lattice parameters by the X-ray powder diffraction technique. It was found that the high temperature deformation behavior observed is the ${\chi}$-less dependent type, including the work softening phenomenon, the critical resolved shear stress, the transition temperature where the deformation mechanism changes, the stress exponent of strain rate and activation energy for deformation. The shape of stress-strain curves of $TiC_{0.96}$, $TiC_{0.85}$ and $TiC_{0.56}$ is seen to be less dependent on ${\chi}$, the work hardening rate after the softening is slightly higher in $TiC_{0.96}$ than in $TiC_{0.85}$ and $TiC_{0.56}$. As ${\chi}$ decreases the work softening becomes less evident and the transition temperature where the work softening disappears, shifts to a lower temperature. The ${\tau}_c$ decreases monotonously with decreasing ${\chi}$ in a range of ${\chi}$ from 0.86 to 0.96. The transition temperature where the deformation mechanism changes shifts to a lower temperature as ${\chi}$ decreases. The activation energy for deformation in the low temperature region also decreased monotonously as ${\chi}$ decreased. The deformation in this temperature region is thought to be governed by the Peierls mechanism.

• 한국표면공학회지
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• 제46권5호
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• pp.216-222
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• 2013

In order to improve the performance of electrodeposited diamond-nickel composite, surface modification of diamond particles was carried out using powder immersion reaction assisted coating (PIRAC). Titanium and chromium were selected as coating elements, which are known as carbide former. With respect to the powder elements, various phases were formed on diamond; metallic Ti and TiC for Ti powder, $Cr_3C_2$ for Cr powder, and TiC and $Cr_3C_2$ for Ti-Cr mixed powder. Surface modified diamond particle showed higher specific surface area, especially Ti coating induced considerable increase of specific surface area. The increase of specific surface area suggests increase of surface roughness, and that was confirmed by surface observation using FE-SEM. In addition, wear properties of diamond-nickel composite including surface modified diamonds were improved, and Ti coated diamond showed the highest performance. The wear property of diamond-nickel composite is dependent on adhesion strength between diamond particle and nickel layer. Therefore, surface modification of diamond particle by PIRAC increasing surface roughness is effective to improve the properties of diamond-nickel composite.

• 대한치과보철학회지
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• 제46권5호
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• pp.500-510
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• 2008

연구목적: 최근 지대주 나사에 WC/C 또는 TiN 코팅이 연구되고 있으며, 이들을 금속표면에 코팅 시 마찰계수의 감소와 부식에 대한 저항, 물리적 취약함의 해소 등의 효과를 얻을 수 있으며. 코팅된 지대주 나사에서 마모와 적합도, 풀림력이 향상되었다는 결과들이 보고되고 있다. 본 연구에서는 지대주 나사에 적용된 코팅이 나사 풀림에 미치는 영향을 알아보아 임상적으로 문제가 되고 있는 지대주 나사의 풀림현상을 해소하는데 그 목적이 있다. 연구재료 및 방법: 코팅되지 않은 타이타늄 지대주 나사와 (그룹 A) WC/C (그룹 B)와 TiN (그룹 C)으로 코팅된 지대주 나사의 10회 반복 착탈시 풀림력 및 표면의 변화를 비교해본 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 결과: 1. 반복 착탈 전, 그룹 A는 일정한 방향성을 가진 다소 거친 표면이 관찰되었으 나 그룹 B와 그룹 C는 코팅된 입자들이 관찰되었으며 코팅층이 전체적으로 균일하고 매끈한 모양을 나타내었다. 2. 반복 착탈 전, 그룹 B에 비해 그룹 C의 표면에서 코팅 입자의 크기가 더 크고 두껍게 코팅 된 모양을 나타내었다. 3. 반복 착탈 후, 그룹 A와 그룹 B에서는 지대주 나사 표면의 마모와 변형이 관찰 되었으며 그룹 B에서는 코팅 입자의 탈락 현상을 볼 수 있었다. 4. 반복 착탈 전과 후의 지대주 나사 무게의 변화를 측정한 결과 그룹 A가 가장 큰 감소를 보였으며, 그룹 C가 그룹 B 보다 무게의 변화가 적었으나 두 그룹간 통계적으로 유의한 차이는 없었다. 5. 그룹 B와 그룹 C는 그룹 A에 비해 높은 평균 풀림력을 나타내었고 통계학적으로 유의할 만한 차이가 있었다. 6. 그룹 A에서 그룹B 와 그룹 C보다 평균 풀림력의 감소 경향이 더욱 현저 하게 나타났다. 결론: 결론적으로, WC/C 또는 TiN 코팅된 지대주 나사는 반복적인 사용 후에도 코팅되지 않은 타이타늄 지대주 나사에 비해 뚜렷한 표면 변화를 보이지 않았으며 마모에 대한 저항성이 우수하였고 높은 풀림력을 나타내었다. 따라서 지대주 나사에 WC/C 또는 TiN 코팅을 적용 시 나사 풀림의 문제점을 개선할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.251-251
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• 2016

For several decades, industrial processes consume a huge amount of raw water for various objects that consequently results in the generation of large amounts of wastewater. Wastewaters are consisting of complex mixture of different inorganic and organic compounds and some of them can be toxic, hazardous and hard to degrade. These effluents are mainly treated by conventional technologies such are aerobic and anaerobic treatment and chemical coagulation. But, these processes are not suitable for eliminating all hazardous chemical compounds form wastewater and generate a large amount of toxic sludge. Therefore, other processes have been studied and applied together with these techniques to enhance purification results. These include photocatalysis, absorption, advanced oxidation processes, and ozonation, but also have their own drawbacks. In recent years, electrochemical techniques have received attention as wastewater treatment process that could be show higher purification results. Among them, boron doped diamond (BDD) attract attention as electrochemical electrode due to good chemical and electrochemical stability, long lifetime and wide potential window that necessary properties for anode electrode. So, there are many researches about high quality BDD on Nb, Ta, W and Si substrates, but, their application in effluents treatment is not suitable due to high cost of metal and low conductivity of Si. To solve these problems, Ti has been candidate as substrate in consideration of cost and property. But there are adhesion issues that must be overcome to apply Ti as BDD substrate. Al, Cu, Ti and Nb thin films were deposited on Ti substrate to improve adhesion between substrate and BDD thin film. In this paper, BDD films were deposited by hot filament chemical vapor deposition (HF-CVD) method. Prior to deposition, cleaning processes were conducted in acetone, ethanol, and isopropyl alcohol (IPA) using sonification machine for 7 min, respectively. And metal layer with the thickness of 200 nm were deposited by DC magnetron sputtering (DCMS). To analyze microstructure X-ray diffraction (XRD, Bruker gads) and field emission scanning electron microscopy (FE-SEM, Hitachi) were used. It is confirmed that metal layer was effective to adhesion property and improved electrode property. Electrochemical measurements were carried out in a three electrode electrochemical cell containing a 0.5 % H2SO4 in deionized water. As a result, it is confirmed that metal inter layer heavily effect on BDD property by improving adhesion property due to suppressing formation of titanium carbide.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2002년도 Proceedings of the International Welding/Joining Conference-Korea
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• pp.250-254
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• 2002

Intergranular corrosion of austenitic stainless steels is a conventional and momentous problem during welding and high temperature use. One of the major reasons for such intergranular corrosion is so-called sensitization, i.e., chromium depletion due to chromium carbide precipitation at grain boundaries. Conventional methods for preventing sensitization of austenitic stainless steels include reduction of carbon content in the material, stabilization of carbon atoms as non-chromium carbides by the addition of titanium, niobium or zirconium, local solution-heat-treatment by laser beam, etc. These methods, however, are not without drawbacks. Recent grain boundary structure studies have demonstrated that grain boundary phenomena strongly depend on the crystallographic nature and atomic structure of the grain boundary, and that grain boundaries with coincidence site lattices are immune to intergranular corrosion. The concept of "grain boundary design and control", which involves a desirable grain boundary character distribution, has been developed as grain boundary engineering. The feasibility of grain boundary engineering has been demonstrated mainly by thermomechanical treatments. In the present study, a thermomechanical treatment was tried to improve the resistance to the sensitization by grain boundary engineering. A type 304 austenitic stainless steel was pre-strained and heat-treated, and then sensitized, varying the parameters (pre-strain, temperature, time, etc.) during the thermomechanical treatment. The grain boundary character distribution was examined by orientation imaging microscopy. The intergranular corrosion resistance was evaluated by electrochemical potentiokinetic reactivation and ferric sulfate-sulfuric acid tests. The sensitivity to intergranular corrosion was reduced by the thermomechanical treatment and indicated a minimum at a small roll-reduction. The frequency of coincidence-site-lattice boundaries indicated a maximum at a small strain. The ferric sulfate-sulfuric acid test showed much smaller corrosion rate in the thermomechanically-treated specimen than in the base material. An excellent intergranular corrosion resistance was obtained by a small strain annealing at a relatively low temperature for long time. The optimum parameters created a uniform distribution of a high frequency of coincidence site lattice boundaries in the specimen where corrosive random boundaries were isolated. The results suggest that the thermomechanical treatment can introduce low energy segments in the grain boundary network by annealing twins and can arrest the percolation of intergranular corrosion from the surface.

• 한국재료학회지
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• 제14권12호
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• pp.893-899
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• 2004

Even though Ti-6Al-4V has gained popularity as an implant material, the possible dissolution of Al and V ions in body fluids remains a matter of concern. Though commercially pure Ti (Cp-Ti) overcomes this problem, the mechanical strength of pure titanium remains very low. Thus, in this experiment Cp-Ti was processed by Equal channel angular processing (ECAP), in order to increase the mechanical strength. The biocompatibility of ECAP-Ti, Cp-Ti and Ti-6Al-4V was examined by the apatite formation on each sample surface, after treating the surface with 5M NaOH and soaking in Simulated body fluids (SBF). Initially, the samples were mechanically polished on silicone carbide paper (#2000). The polished samples were treated with 5M NaOH solution at $60^{\circ}C$ for 24 hours. The NaOH treated samples were washed gently with distill water and dried at $40^{\circ}C$ for 1 day. The dried samples were heat treated in air at $600^{\circ}C$ for 1 hour. The surface morphology of these samples were studied using SEM and XRD. The SEM studies showed network of pores in all samples. The XRD showed oxide layer formation on Cp-Ti and Ti-6Al-4V. samples. However the oxide layer in ECAP-Ti was not substantial. These samples were immersed in SBF, kept at $36.5^{\circ}C$ for seven days period. At the end of 7 days, the apatite formation was confirmed only on Cp-Ti and was not observed in Ti-6Al-4V and ECAP-Ti. These observations of apatite formation relate to the fact that Cp-Ti showed greater oxide layer than other samples. The apatite examined was confirmed as tricalcium phosphate (TCP) using EDS and XRD.

• 공학논문집
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• 제6권2호
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• pp.23-32
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• 2004

현재까지 사용되어가지고 있는 임플란트 재료 중 commercially pure titanium (순수티탄; Cp-Ti)과 Ti-alloy들은 생체재료로 폭넓게 사용되어지고 있는데, Ti 금속들은 경도가 강하고 점도가 높기 때문에, 치과나 정형외과 등의 하중에 잘 견디는 곳에 이용되어지고 있다고 한다. 이것들은 생체적합성과 부식에 대한 저항성도 좋은 것으로 알려져 있다. 일반적으로 Ti은 4종류의 Grade로 강도의 차이에 의하여 분류되고 Ti의 강도에 영향을 미치는 것으로는 산소, 철, 질소등이 있다. 따라서 본 연구에서는 O와 Fe의 함량을 달리한 Ti alloy시편을 사용하여 생체적합성 실험을 하였다. 먼저 실험은 시편을 micropolishing하고 5M NaOH에서 $60^{\circ}C$에서24시간 처리하여서 비표면적을 넓혔으며, 표면의 $TiO_2$을 만들어주기 위하여 $600^{\circ}C$에서 열처리하였다. 그런 시편을 $36.5^{\circ}C$의 SBF에 넣어 1~14일까지 침적한 후에 표면에 형성된 apatite를 SEM과 EDAX로 조사하였다. 조사 결과 모든 시편에서 apatite가 생성되었지만, 시편의 조성에 따라서 apatite의 형성양이 다름을 확인하였다.

• 구강회복응용과학지
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• 제30권3호
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• pp.206-214
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• 2014

목적: 내부 원추형 연결형태 임플란트에서 지대주 나사의 좌면각도가 연결부의 기계적 안정성에 미치는 영향을 알아보기 위함이다. 연구 재료 및 방법: 원추형 연결구조 티타늄 임플란트와 시멘트 유지형 지대주, 텅스텐 카바이드 코팅된 티타늄 합금 지대주 나사를 사용하였다. 좌면각도가 $45^{\circ}$와 $90^{\circ}$를 갖는 지대주와 지대주 나사를 제작하여 30 Ncm 조임회전력으로 지대주를 체결한 후 하중을 가하고 체결 및 하중 부여에 따른 침하량을 측정하였다(n = 5). 유압식 피로시험기에 임플란트를 고정하고 스테인리스 스틸 금속관을 지대주에 합착하였다. 이 후 반복 하중을 가한 후 풀림토크 변화량을 측정하고, 압축굽힘강도와 피로강도를 측정하였다(n = 5). 결과: 지대주 침하량은 지대주나사 체결 시 가장 크게 나타났으며(P < 0.05), 나사체결과 하중부여에 따른 총 침하량은 $45^{\circ}$군보다 $90^{\circ}$군에서 더 크게 측정되었다(P < 0.05). 반복하중 부여 후 풀림 토크, 그리고 최대 압축굽힘강도와 피로강도는 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다(P > 0.05). 결론: 본 실험조건하에서 지대주 나사머리의 원추형 설계가 지대주의 총 침하량을 약간 감소시키는 효과를 나타냈으나, 연결부의 전체적인 기계적 안정성에 미치는 영향은 크지 않을 것으로 판단된다.