초록 ▼

복합재료나 세라믹 같은 첨단소재를 이용한 상업제품들은 도금,증착, 도색 그리고 접합(bonding)등의 방법으로 표면에 얇은 고체층 두어 내화성, 경도성 그리고 미관을 향상해 상품의 질을 높이므로 표면처리나 접합기술이 매우 중요하다. 이에상응해 표면에 붙어있는 얇은 고체층(layer)과 소재(substrate) 사이의 접합정도를 비파괴적으로 평가하는 기술의 개발 역시 매우 중요한 과제이다. 한편 최근 연구에서 고체층위에얇은 고체층이 있는 다층구조 (layered substrate)에서 표면층의 조건에 따라 속도의 주

복합재료나 세라믹 같은 첨단소재를 이용한 상업제품들은 도금,증착, 도색 그리고 접합(bonding)등의 방법으로 표면에 얇은 고체층 두어 내화성, 경도성 그리고 미관을 향상해 상품의 질을 높이므로 표면처리나 접합기술이 매우 중요하다. 이에상응해 표면에 붙어있는 얇은 고체층(layer)과 소재(substrate) 사이의 접합정도를 비파괴적으로 평가하는 기술의 개발 역시 매우 중요한 과제이다. 한편 최근 연구에서 고체층위에얇은 고체층이 있는 다층구조 (layered substrate)에서 표면층의 조건에 따라 속도의 주파수의존성 (dispersion relation)이 크게 달라지는 일반화 람(Lamb)파라는 표면 초음파를 이용해 접합면의 불완전 상태를 평가할수 있는 가능성을 보여 주었다. 본 연구에서는 소재의종류와 접합면의 조건등이 일반화 람 표면파에 미치는 영향에 대한 이론적 고찰과 함께 액체-고체 경계면에서 표면파가 존재하는 입사각에서 나타나며 측정이 간편한 후방복사 현상의 분석기술을 축적하여 표면파 속도의 주파수 의존성의 측정에 이용함으로서 얇은 고체층접합면의 불완전도를 정량적으로 평가하는 방법을 모색했다.실험에 사용된 시편은 알루미늄 substrate에 니켈 layer(0.2mm)를 에폭시 접합재를 이용해 접합한 구조였다. 접합의 질을 조절하기 위해 구리분말(# 200)을 0％(NA00시편), 33％(NA10시편)그리고 50％(NA20시편)씩 단계적으로 비율을 다르게 해서 섞었으며 후방산란파의 입사각 의존성을 측정하기 위해 입사각이 일정속도로 변하는 자동화된 초음파 각도계가 제작되었다. 초음파 발생 및 분석장치(ACCUTRON 1035UP)로 부터 발생된 초음파(4.3MHz)가 물/시편 경계면에 입사한후 후방산란된 파동의 PEAK OUT이 디지털식 저장용오실로스코프(LECROY 9310M)에 저장되고 분석되었다. 동시에 C-SCAN과 다중반사된파열의 측정이 수행되었다.다층 경계면에 존재하는 일반화 람 표면파 속도의 주파수 의존성을 계산하는 전산 프로그램을 layered substrate에 적용한 결과 많은 분야에의 응용 가능성을 보여주었다. 도입된 등가 접합층 이론은 접합면의 질이 떨어질수록 주파수 의존성 커브에 나타나는Minimum의 깊이가 깊어짐을 보여주었다. 다만 에폭시로 접착된 니켈 layer와 알루미늄substrate 시편에 대한 측정결과에서 보듯이 등가 접합층외에 접착재에 의해 추가되는 또하나의 얇은 층에 대한 고려가 필요하다.NA00시편의 주파수 의존성 커브가 더 깊은 Minimum을 보이는 것은 얇은 접합재 층의 분말에 의한 성분차에 의한 것으로 본다. 후방복사 패턴의 복잡성은 시편 접합지역의지역적 불균질성을 나타내며 NA20시편이 더 큰 각도에서 후방복사가 나타남은 NA10시편에 비해 접합의 질이 매우 불량함을 알게 해준다. 후방복사의 분석으로 유추된 결론들은동시에 수행된 C-SCAN 결과와 다중반사된 파열의 비교 그리고 이론적 예측과 잘 일치함을 보였다. NA00 시편보다 약간의 표면 거칠기를 가진 알루미늄 시편에서 후방복사의 세기가 크게 나타난것, NA10시편과 NA20시편에서 보여진 후방복사 세기의 큰 증가 그리고새롭게 나타난 고차 모드의 후방복사는 에폭시에 섞인 구리 분말이나 표면 거칠기가 산란자의 역활을 하고 있음을 말해준다.결론적으로 후방복사 현상이 입사지역에 발생된 전방 표면파의 여러 산란요인에 의한후방 표면파로의 전환과 방향성 북소에 의한 것으로 볼수 있다. 액체/고체 경계면에서 후방산란된 초음파의 입사각 의존성에서 나타나는 후방복사의 위치와 폭 그리고 패턴으로 부터 일반화 람 표면파 속도의 주파수 의존성, 경계면 접합의 질, 다층 경계면의 구조 그리고입방복사 측정 시스템, 표면파 속도의 자파수 의존성을 계산하는 전산 프로그램 그리고 축적된 후방복사의 분석기술은 향후 다층 구조의 표면지역의 평가에 매우 효율적으로 응용될것으로 본다.

Abstract ▼

Most of commercial products have a layered substrate structureby surface treatments such as electroplating, coating, painting and adhesion in order toupgrade their heat resistance, surface hardness and beauty sight, etc. Especially, thesurface treatment and bonding technique are very important

Most of commercial products have a layered substrate structureby surface treatments such as electroplating, coating, painting and adhesion in order toupgrade their heat resistance, surface hardness and beauty sight, etc. Especially, thesurface treatment and bonding technique are very important for high-technical materialssuch as composite and ceramic. Worldwide scientists have been interested in thedevelopement of nondestructive and quantitative evaluation of bonding quality betweenlayer and substrate. Recent study showed that generalized lamb waves of whichdispersion curve was so sensitive to the condition of surface region could be used inassessing the bonding quality of the interface between layer and substrate. In thisstudy, the effect of velocity dispersion relation of the Lamb wave on material andbonding quality was theoretically considered. Backward radiation from layeredsubstrate was analyzed. The accumulated analysis technique of backward radiation beused to evaluating quantitatively bonding quality of the interface between layer andsubstrate.To prepare the specimens, aluminum substrate and nickel layer(0.2mm) was bondedby epoxy adhesive. The bonding quality of the specimen were controlled by the ratioof copper powder(# 200) added to adhesive.[0%(NA00), 33%(NA10), 50%(NA20). Theultrasonic goniometer with automatic variation function of incidence angle wasconstructed in order to measure the angular dependence of backscattering. Theultrasound(4.3MHz) by ultrasonic analyzer (Accutron 1035UP) was incident from waterto specimen and the peak outs of backscattered were analyzed in various ways.C-SCAN and the measurement of multi-reflected wave trains were done.The computer program used in calculating the dispersion relation of generalizedLamb wave could be applicable of wider fields. The equivalent bonding layer conceptshowed that the depth of minimum in dispersion curve was deepened as the bondingquality was worse. But it was noticed that adhesive thin layer between layer andsubstrate had to be considered in the case of our specimens.The deeper minimum of NA00 specimen was related to the absence of cu powderand the complexity of radiation pattern realted to regional inhomogenity of incidenceregion. The fact that backward radiation was shown at greater angle in NA20 thanNA10 specimen. The roughness effect on backward radiation intensity Al substrate,and the great intensity value and the existence of higher mode radiation in NA10 andNA20 supported that the Lamb surface wave was scattered by surface roughness andcu powder.In conclusion, it was insisted that the backward radiation effect was due to theconversion from forward propagating surface wave to backward surface wave and thedirectional energy radiation. The angle, width and pattern of backward radiation inangular dependence of backscattering involved the information about the velocitydispersion of Lamb wave, the bonding quality of interface the structure of layeredsubstrate and the condition of incidence region. The ultrasonic goniometer constructedthe mesurement system of backward radiation, the program for calculation of dispersionrelation in multi-layer and accumulated analysis technique of radiation will be applicableof the characterization of surface region

목차 Contents

• 목차...8
• 1. 서론...9
• 2. 연구방법 및 이론...11
• 3. 결 과...15
• 4. 고찰...18
• 5. 결론...23
• 6. 인용문헌...25
• FIGURE CAPTIONS...27
• 표[1], [2]....28
• 그림[1]-[18]....29
• 자체 평가서...46