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문제 정의
- , 2006; 김진욱 등, 2007). 본 연구에서는 Aig/SiC 복합세라믹스 소결조제 YQ3의 첨가량의 변화에 대하여 굽힘강도 특성을 평가하였다. 또한, 평활재와 균열재를 사용하여 열처리 전후에 대한 각각 AE 주파수특성을 조사하였으며, 이러한 결과들에 대하여 시험재의 굽힘 강도와의 상관성을 비교하였다.
제안 방법
- 이에 저자는 균열의 치유 효과를 높이기 위해서 소결조제 Y2O3에주목하였으며, 이에 대한 균열치유 온도 첨가량과 기계적인 특성 등에 대하여 연구하여 왔다(남기우 등, 2007; 김해숙 등, 2007). 그리고 균열 발생에 대한 특성 평가를 위하여 비커스 압입자를 사용한 균열 가공시에 발생하는 탄성파를 검출하여 강도와의 상관성을 연구하였다(Nani et al., 2006; 김진욱 등, 2007). 본 연구에서는 Aig/SiC 복합세라믹스 소결조제 YQ3의 첨가량의 변화에 대하여 굽힘강도 특성을 평가하였다.
- 본 연구에서는 Aig/SiC 복합세라믹스 소결조제 YQ3의 첨가량의 변화에 대하여 굽힘강도 특성을 평가하였다. 또한, 평활재와 균열재를 사용하여 열처리 전후에 대한 각각 AE 주파수특성을 조사하였으며, 이러한 결과들에 대하여 시험재의 굽힘 강도와의 상관성을 비교하였다. 재료의 AE 주파수 특성과 강도와의 상관성을 파악하면, 별도의 굽힘 파괴 시험용 시험편의 준비가 없어도 간편한 AE 신호의 주파수 측정만으로도 사용 중의 재료 또는 균열치유재의 강도를 파악할 수 있는 잇점이 있다.
- 분말은 알코올을 붓고 24시간 볼밀을 실시한 후, 건조시켜 혼합 분말을 추출하였다. 시험편의 소결은 35 MI % 의 압력, 500nimHg의 N2 가스 분위 기의 1, 873K에서 1시간 동안 가압 소결(Hot-press) 하였다. 소결 후 소결체는 说0mm, 두께 4mm를 얻었다.
- 6N의 하중으로 시험편 표면의 중앙부에 길이 약 80~120㎛의 균열을 만들었다. 최적의 균열치유 조건을 알아보기 위하여 1373, 1473, 1573, 1673K의 4 가지온도조건하에서 1시간 동안 대기 중에서 열처리를 실시하였다 모든 시험은 실온에서 3점 굽힘시험으로 실시하였으며, 스팬은 16mm이며, 크로스헤드 속도(Cross head rate) 는 0.5mm/min으로 실시하였다.
- 압입자에 의한 균열발생시 얻어진 신호에 대하여 소결 조제의 첨가량에 따라 주파수 분석이 이루어졌다. Fig.
- 소결조제 Y2O3의 첨가량을 다르게 한 AlQJSiC 복합세라믹스는 비커스 압입자를 사용하여 미세균열을 만들고, 이때 발생한 AE신호에 대하여 주파수 특성을 조사하였다. 이러한 결과를 시험편의 굽힘강도의 특성과 비교하여, 다음의 결론을 얻었다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용한 A1Q3분말은 평균입경이 0.5 ㎛인 a-Al2O3 (일본 Sumitomo 화학 AAQ4) 이고, SiC분말은 평균입경 0.27pn (일본 Ibiden사)이며, 소결조제 Y©분말은 Nippon Yttrium사의 0.27μm이다. 분말의 조성은 AI2O3/S1C 15wt.
이론/모형
- 4μsec로 하였다. AE 신호는 웨이브릿 해석법을 이용하여 주파수 분석을 수행하였다(Kim et al., 2005).
- 본 연구에 이용한 웨이브릿 해석법 (Mean-square wavelet maps)을 간략히 설명한다. 측정된 파형, 또는 임의의 파형을 하나의 함수로 두고, 이 함수는 웨이브릿 함수로 된 이산화한 합의 형식으로 표현하는 등식으로 표현할 수 있다.
성능/효과
- 이것은 평활재에 표면 균열이나 표면 흠과 같은 것이 존재한다고 하더라도, 열처리에 의하여 치유함으로서 약 17~27%의 강도 증가를 올릴 수 있다는 것을 의미한다. 절반 검은 기호인 균열재의 평균 굽힘 강도는 각각 287MPa (Yl), 282MPa (Y3) 및 212MPa (Y5) 으로 감소되었다. Y5 평활재의 강도가 Y1 및 Y3의 평활재와 열처리 평활재의 평균 굽힘 강도에 비하여 거의 48%나 떨어졌다.
- Y1의 경우는 1, 373K와 L473K에서 강도 회복이 불충분하지만, L573K에서 1시간 열처리한 균열치유재가 같은 조건에서 열처리한 평활재와 비슷한 강도까지 회복된 것으로 보아, 균열치유가 충분히 이루어진 것으로 판단된다. 또한 L673K에서 열처리한 균열치유재의 강도가 L5Z3K에서 열처리한 균열치유재의 강도와 비슷한 것으로 보아, 최적 균열 치유 온도는 L573K라고 판단된다.
- 즉, L573K에서 1시간 열처리 한 균열재의 경우 평활재를 열처리 한 시험편과 비슷한 강도를 나타내고 있으며, L6Z3K에서 균열 치유한 시험편의 경우 강도가 저하되는 경향을 보였다.
- Yl, Y3 및 Y5 세라믹스는 전부 열처리에 의하여 강도 회복을 나타내고 있지만, 특히 Y3의 경우 1, 473K에서 1 시간 열처리 한 균열재가 1, 573K에서 1시간 열처리 한 평활재와 비슷한 강도를 가지는 것으로 보아 Y3 경우가 균열 치유 특성이 가장 우수하다는 것을 알 수 있었다.
- 丫2。3의 첨가량이 증가할수록 더 낮은 주파수 대역으로 집중하는 특성을 보였다.
- (2) 균열재와 균열 치유재의 탁월 주파수는 특정 주파수 영역에서 모두 나타났으며, 3wt.% Y2O3의 균열 치유재 Y3 ch는 충분히 회복된 굽힘 강도를 가지면서 평활재와 비슷한 특정 주파수 분포를 보였다.
- 3wt.% Y2O3의 경우가 상대적으로 가장 우수한 기계적 특성을 보이는 것으로 확인되었다.
후속연구
- 이와 같은 방법을 이용한다면, 사용 중에 발생한 균열을 사용 중에 치유 하는 것이 가능하고/ 더욱이 치유한 온도에서 중분한강도로 회복하는 것이 가능하다면 사용 전부터 사용 중에 이르는 신뢰성 향상을 기대할 수 있을 것이다(Ando et al., 2002). 이에 저자는 균열의 치유 효과를 높이기 위해서 소결조제 Y2O3에주목하였으며, 이에 대한 균열치유 온도 첨가량과 기계적인 특성 등에 대하여 연구하여 왔다(남기우 등, 2007; 김해숙 등, 2007).
- 평활재와 균열 치유재의 굽힘 강도와 특정 주파수 분포의 상관성을 이용하면 사용 중의 재료를 파괴시험을 하지 않고서도 굽힘강도의 회복을 파악할 수 있을 것으로 판단된다.
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