표면 열처리에 따른 농업용 기어 감속기의 부하 용량 시뮬레이션

이바울 ( Pa-ul Lee ),최창현 ( Changhyun Choi ),탁해윤 ( Haeyoon Tak ),최영수 ( Youngsoo Choi ),이리중 ( Lijung Lee ),정희종 ( Heejong Jung ),김용주 ( Yongjoo Kim ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2

기어 감속기는 농업분야에서도 많이 사용하는 동력전달장치로써 높은 감속비와 토크로 인하여 발열에 의한 변형, 기어 치면 손상 등 자주 발생하게 되므로 기어의 표면 열처리에 관한 연구가 중요하다. 또한, 최근 기어 시뮬레이션 소프트웨어를 통한 사전 예측 및 기어의 최적 설계에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 따라서 본 연구는 기어의 최적 표면 열처리 방법 선정을 위한 기초 연구로써, 농업용 기어 감속기의 표면 열처리 방법에 따른 부하 용량(load capacity)을 상용 기어 해석 소프트웨어를 이용하여 시뮬레이션 하였다. 부하 용량은 기어의 안전율, 한계 응력을 대상으로 평가하였으며, 표면 열처리 방법은 표면 열처리 하지 않은 감속기와 질화 열처리, 고주파 열처리방법이다. 시뮬레이션 결과, 질화 열처리 한 감속기의 굽힘 응력 안전율이 가장 높게 나타났으며, 표면 열처리 하지 않은 굽힘 응력 안전율보다 약 77% 상승하였다. 또한, 고주파 열처리 한 감속기의 접촉 응력 안전율이 가장 높게 나타났으며, 표면 열처리 하지 않은 감속기의 접촉 응력 안전율보다 약 150%, 표면 질화 열처리 한 감속기의 접촉 응력 안전율보다 약 64% 상승하였다. 최적 표면 열처리 방법 선정을 위해서는 기어의 재료에 따라 다양한 표면 열처리를 시뮬레이션 하여 기어의 사용 목적 및 부하 조건에 따른 적합한 재료 및 표면 열처리 방법 선택 등 최적 설계가 필요할것으로 판단된다.

탄자니아산 루비의 열처리에 의한 보석·광물학적 품질개선 연구

김선옥,왕수균,오설미,박희율,박맹언,Kim, Seon-Ok,Wang, Sookyun,Oh, Sul-Mi,Park, Hee Yul,Park, Maeng-Eon 대한자원환경지질학회 2014 자원환경지질 Vol.47 No.6

루비는 유색보석 중에서 가장 선호도가 높은 보석인 동시에 열처리에 의해 부가가치를 높일 수 있어 학문적인 연구 대상으로서도 그 관심이 높다. 세계적으로 많은 지역에서 루비가 산출되고 있음에도 불구하고, 고품질의 천연 루비는 미얀마, 스리랑카, 태국, 탄자니아 등 일부 제한된 국가에서만 산출되며, 오랜 기간 채광으로 인해 고품질의 원석이 고갈되어가고 있는 실정이다. 이 연구에서는 최근 새로운 산지가 확인되어 관심이 높은 탄자니아산 루비 원석을 사용하여 전통적인 단순 열처리방법과 화학적 열처리 방법에 의한 광물학적 및 보석학적 특성을 파악하고, 열처리에 의한 탄자니아산 루비의 품질개선 효과를 검토하였다. 미얀마의 Mogok산과 Mong Hsu산 루비에 효과적인 방법으로 알려진 전통적인 단순 열처리 실험은 T=$1,600^{\circ}C$에서 6시간 동안 실시하였다. 그 결과, 비교적 균일한 암적색을 지닌 탄자니아산 루비의 색상과 투명도는 색채 색차계와 자외선-가시광선 분광분석(UV-Vis Spectrometry) 결과, CIE 1931 color space 상의 적색과 청색의 좌표값(X, Y)이 원시료 (0.365, 0.321) 및 (0.346, 0.363)에서 (0.337, 0.322)로 감소함이 확인되어, 전통적인 단순 열처리 방법이 탄자니아산 루비의 품질개선에 적합하지 않은 것으로 판단되었다. 단순 열처리를 수행한 탄자니아산 루비의 X-선형광분석(XRF) 결과, 루비의 적색을 발현 시키는 $Cr^{3+}$함량이 0.72~1.04 wt.%로 증가 되었으나, 갈색의 보조색상을 발현시키는 Fe의 함량이 함께 증가되어 순수한 적색이 아닌 어두운 적색을 띄는 것으로 확인되었다. 이러한 결과는 단순 열처리에 의해 루비에 함유되어 있는 $Fe_2O_3$의 응집현상으로 어두운 색으로 변한 것이라 판단된다. 또한 열처리에 의해 $SiO_2$의 함량이 특징적으로 높게 나타났는데, 이는 열처리 과정동안 용융되었다가 다시 재결정화 되면서 생기는 현상으로 투명도의 개선에 효과적이지 않음을 알 수 있었다. 탄자니아산 루비 중 표면에 균열이 있는 시료를 선별하여 납(Pb)을 주성분으로 하는 화학적 첨가제를 사용한 열처리 실험 결과, 색상 뿐 만아니라, 투명도가 현저하게 개선되었다. CIE 1931 color space 상의 적색과 청색의 좌표값이 원시료 (0.386, 0.304) 및 (0.395, 0.313)에서 (0.405, 0.308)로 적색영역에 도시되었다. 이는 첨가제가 열처리 과정동안 용융되어 루비의 균열부분을 채워준 것으로 확대경으로도 관찰이 가능하다. 또한 루비의 표면과 균열부분에 대한 전자현미분석(EPMA)의 선분석(line scanning)에 의해서도 확인되었다. 이 첨가제는 균열부분을 충진함으로써 내구성과 투명도가 개선되었다. 첨가제의 용융체는 루비와 굴절률이 매우 비슷하기 때문에 입사된 빛이 루비 내부로 더 쉽게 통과하여 전반적으로 색상이 향상된 것으로 판단된다. 이 연구에서 화학적 열처리가 탄자니아산 루비의 품질향상에 적합한 방법임을 확인할 수 있었으며, 사파이어 등 강옥군 광물의 유색보석에 대한 색과 투명도 개선에 매우 유용할 것으로 생각된다. Ruby is one of the most favor colored gem, for beautiful red tone, be high in scarcity value. However, rubies with high quality are produced in restricted regions, such as in Thailand, Sri Lanka, Myanmar, and Tanzania etc., and they have been gradually exhausted by mining for a long period. Therefore, improving qualities of low level rubies with various treatments is arising an alternative way to obtain better rubies. Gemological and mineralogical properties of the natural ruby from Tanzanian were studied with heat treatments. Those characteristics were compared between only heat and adding flux materials under heating. Tanzanian raw rubies were applied a heat treatment ($1,600^{\circ}C$ for 6 hours). However, chromameter and UV-Vis analyses found that a simple heat treatment is inappropriated for the Tanzanian ruby. Although $Cr^{3+}$ containing for red color in the ruby increased with heat treatment, the ruby displays dark medium red because of Fe in the ruby as a form of $Fe_2O_3$. The low transparency after heat treatment is attributed to the recrystallization of $SiO_2$ which has a low melting point. Chromameter confirmed adding Pb-containing flux under heating greatly improves the clarity and color of Tanzanian rubies with micro-fractures and cavities on the surface. EMPA results show that Pb as an additive fills the cavities and cracks on raw Tanzanian rubies during the heat treatment. As a rewult of it, the quality of the Tanzanian ruby raw dramatically improved. These results indicate that the heat treatment with an additive (Pb in this study) is an effective way to obtain better quality of the Tanzanian ruby. Consequently, this study suggests a suitable method to improve the properties of the Tanzanina ruby. The result of this study would provide useful information to upgrade the qualities of similar gem stones such as corundum and sapphire.

small artificial defect(미소인공결함)

이승용,정재강,홍석주 朝鮮大學校 機械技術硏究所 1998 機械技術硏究 Vol.1 No.1

본 실험에서는 자동차의 전륜 구동축재(S43C, S50C)에 대해서 미소 원공결함을 가공한 비열처리재와 고주파열처리재의 피로시험편에 회전굽힘응력을 가하여 피로강도와 피로크랙의 발생 및 전파거동에 관하여 실험한 결과 다음과 같은 결론을 내렸다. 비열처리 S43C재 및 S50C재의 피로한도는 각각 98.1MPa, 107.9MPa이었고, 열처리재의 경우 각각 147MPa, 156MPa로서 열처리재는 비열처리재보다 약 50Mpa 증가하였다. 응력이 피로한도의 110%에서 120%로 증가하는 경우 비열처리인 S43C재 및 S50C재에서 피로수명의 감소율은 각각 약 49%, 약 45%였으며 또한 열처리재의 경우는 각각 약29%, 약 22%로서 비열처리재보다 열처리재가 피로수명 감소율이 낮게 나타났다. 평활재에서 표면 미시크랙의 발생은 비열처리재인 S43C 및 S50C에서는 수명비(N/Nf) 0.2정도에서 처음 관찰되었으며, 동일한 수명비에서 관찰된 미시크랙의 수는 S43C가 많았고, 평균 크랙길이는 S50C가 길었다. 피로크랙길이와 파단수명비의 관계 log(2a)=A+B(N/Nf)식에 본 실험재료를 적용한 결과 응력수준에 관계없이 잘 일치하였다 In this paper, an experiment to investigate the behavior of fatigue crack propagation in induction hardened structural carbon steel(S43C, S50C) with artificial defect are conducted by the rotary bending fatigue test in the room temperature. The summarized results are as follows: The fatigue limits obtained from experiments of as-received S43C and S50C were 98.1MPa and 107.9MPa respectively. The fatigue limit of heat-treated materials were 147MPa and 156MPa respectively. It means that the heat-treated specimens showed about 50MPa higher fatigue limits than the as-received material. When the applied stress was increased from 110% to 120% of fatigue limit, the decreasing rate of fatigue life was around 49% and 45% respectably in the as-received S43C and S50C, in case of the heat-treated materials, the decreasing rate of fatigue life was around 29% and 22% respectively. It means that the heat-treated materials had lower decreasing rate of fatigue life than the as-received materials. The initiation of surface micro crack was observed at 0.2 of fatigue life ratio in as-received S43C and S50C. The number of micro cracks in S43C were more than that of S50C, but the average crack length in S50C was longer than that of S43C at the same fatigue life ratio. Experimental results obtained from fatigue test were evaluated with the equation log(2a)=A+B(N/Nr). The relationship between crack length and cycle ratio showed a good agreement to the experimental results.

자속유도기의 두께 및 위치 변화에 따른 자동차용 BALL STUD의 고주파열처리 경화 깊이에 관한 연구

최지석,이무연,이상호 한국품질경영학회 2018 한국품질경영학회 학술대회 Vol.2018 No.-

자속유도기는 자장을 차단하는 연자성 분말을 소결 가공한 차폐재로, 고주파 열처리 코일에 부착하면 부착 부위의 자장을 차단하게 되고 개방된 부분에 자장을 집중시키는 역할을 한다. 이를 통해 고주파 열처리 코일에서 발생하는 전자력선을 제어할 수 있는데, 자속유도기에 대한 국내 연구가 미흡하며, 코일 제작시 시행착오를 통한 현장맞춤식 설계로 코일을 제작하고 있는 실정으로 효과적인 자속유도기 설계 기준이 요구되고 있다. 본 연구는 고주파 열처리 산업의 주요 구성요소인 고주파열처리 코일의 자속유도기의 두께 및 위치 변화에 따른 자동차용 BALL STUD의 고주파열처리 경화 깊이를 비교 분석해 보고, 전자력선의 정밀한 제어를 통해 BALL STUD 고주파 열처리시 품질관리가 용이하도록 자속유도기 설계기준을 제시하고자 한다. 실험은 자동차 서스펜션 시스템에 사용되는 SCM435소재 BALL STUD의 구와 목 부위를 고주파 열처리하는 코일을 대상으로 선정하여 주파수 100Khz 고주파설비에서 가열시간을 4초로 동일하게 수행하였다. BALL STUD와 코일간의 간극은 2mm로 제작, 설치하였다. 첫 번째로 자속유도기의 두께를 1~10mm로 부착하여 열처리했을 때 각 조건별 샘플 10ea의 경화 깊이를 측정하고 두 번째로 자속유도기의 부착 위치마다 두께 1~10mm로 달리하여 열처리했을 때 각 조건별 샘플 10ea의 경화 깊이를 측정하였다. 본 연구는 100Khz 고주파 설비에서 고주파열처리 코일에 자속유도기 부착시 전자력선 조정에 효과적인 두께와 부착위치를 제시한다. 또한, 자속유도기 두께와 부착위치에 따른 고주파열처리 경화 깊이 데이터를 통해, 하나의 고주파열처리 코일에 자속유도기 부착을 달리하여 각각 다른 형상의 BALL STUD를 고주파열처리 할 수 있는 공용 코일의 설계 기준을 제시한다.

촉매이용열처리 활엽수재의 내후성 평가

원경록,정수영,장용기,윤도웅,변희섭 경상대학교 농업생명과학연구원 2018 농업생명과학연구 Vol.52 No.4

본 연구는 촉매이용열처리 활엽수의 심·변재 구분에 따른 내후성 효과를 평가하기 위하여 실시하였다. 졸참나무, 구실잣밤나무, 백합나무를 심재와 변재로 구분한 시험편을 7.5%의 촉매제에 10분간 침지하여 열처리 장치에서 130℃에 90분간 열처리 후 백색 부후균(Trametes versicolor)을 사용하여 활엽수 심재와 변재의 내후성을 조사하였다. 촉매이용열처리 후 모든 조건에서 목재의 중량과 밀도가 약간 감소하는 경향을 나타내었다. 부후처리 후 무처리와 비교하여 촉매이용열처리에서 낮은 중량감소율이 나타났으며, 수종별 비교에서는 졸참나무의 촉매이용열처리 변재에서 가장 낮은 중량감소가 나타났다. 촉매제를 이용한 열처리법은 부후균에 의한 목재의 부후저항을 효과적으로 증가시켰다. This study was conducted to evaluate the resistance of heat-treated wood using the catalyst to decay caused by fungi for sapwood and heartwood of three hardwood species, Quercus serrata, Castanopsis cuspidata, and Liriodendron tulipifera, respectively. Wood samples were immersed for 10 min in sulfuric acid(7.5%) and then heat-treated at 130℃ for 90 min. Then, the white-rot fungus was used to examine the decay resistance of hardwood. Weight and density of wood from the all conditions decreased after heat treatment using the catalyst. Weight loss after decay resistance test was also dropped with a heat treatment. The lowest weight loss indicated at heat-treated heartwood of Quercus serrata. Heat treatment using the catalyst effectively increased the resistance of wood to decay caused by the white-rot fungi.

Cr-Mo 합금강의 후열 처리 균열 감수성 평가

김상진,김기수,이영호 대한공업교육학회 2006 대한공업교육학회지 Vol.31 No.1

This C-ring test, normally employed for evaluating susceptibility to stress-corrosion cracking, was determined to be a suitable small scale test to evaluate PWHT(Post-Weld Heat Treatment) cracking susceptibility. This test is possible to incorporate an actual weld, to introduce a notch into the coarse grained HAZ(Heat Affected Zone), to load the coarse grained HAZ any level of stress ad, most importantly, since the C-ring is an approximately constant strain type test, the stress decreases with time at temperature in a manner similar to that of an actual steel weldment. The procedure employed in making the C-ring was presented in the experimental procedure section, however, several points deserve further discussion. The walls of the weld groove are made along radial lines form the center of th var in order to obtain an HAZ which is oriented perpendicular to the walls of the machined C-ring. Therefore, the plane of maximum stress will be aligned through the HAZ and, therefore, crack propagation will not be forced to deviate form the plane of maximum stress in order to remain in the coarse grained HAZ as is the case with the Y groove test. 초기 응력부식균열에 대한 감수성 평가 시험법인 C링 시험법(C-ring Test)은 용접부의 후열처리 균열감수성을 평가하는 시험법으로 적합하다고 알려져 있다. C링 시험법은 실제 용접부 열영향부에 노치를 제작하여 잔류응력이 열영향부에 미치는 영향을 평가할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에는 C링 시험법을 이용하여 원자력 발전소 압력용기에 사용되는 Co-Mo강의 용접부 결함 발생 현상을 검토 하고자 Co-Mo강에 대하여 후열처리를 실시하였으며, C링 시험법을 통하여 용접 열영향부의 후열처리 균열을 평가하고자한다. 결론은 다음과 같다.바나듐 모디파이 합금(AMAX 3Cr­1Mo­0.1V, JSW 3Cr­1Mo­V­Ti­B 및 JSW 2¼Cr­1Mo­V­Ti­B강)은 Berkeley 3Cr­1½Mo­ ½Ti 및 2¼Cr­1Mo합금강보다 후열처리 균열에 대한 감수성 보다 높게 나타났다.C-ring 시험에 있어서 바나듐 모디파이 합금은 2종의 후열처리조건과 3종의 응력조건에서 모두 균열을 나타냈으나 Berkeley 3Cr­1½Mo­½Ni강과 Luken 2¼Cr­1Mo­0.1C재료는 690㎫와 더 이상의 응력조건에서 2종의 후열처리를 실시하는 조건에서도 균열이 발생하지 않았다.C-ring 시험결과, 균열깊이는 바나듐 모디파이 재료인 경우, 낮은 후열처리온도와 비교해서 높은 후열처리온도인 경우가 감소하고 있다.C-ring 시험에 대한 SEM분석결과 균열은 오스테나이트 결정 입계를 따라 파괴되는 파괴양상을 나타내고 있으며 연성파면은 나타나지 않았다.

검역잡초종자 발아력 제거를 위한 수입농산물 열처리 효과

문광옥,오진보,경은선,이용호,홍선희,강병화 한국잔디학회 2013 Weed & Turfgrass Science Vol.2 No.2

Korea is carrying out weed quarantine by plant quarantine regulations including heat-treatment method to prevent the influx of exotic weeds. In order to confirm suitability for current heat-treatment criteria and find field-applicable methods which can completely devitalize quarantine weed seeds, the conditions for heat-treatment with/without 40% relative humidity were studied with 9 species among quarantine weed seeds and one weed species similar to quarantine weed. Dry heat-treatments had been tested under various temperatures and time conditions. All seeds were dead at the conditions of 95oC for 48 hours, 100oC for 36 hours, 110oC for 24 hours,121oC for 4 hours and 130oC for 30 minutes. Heat-treatments at 40% relative humidity resulted in complete seed death at the conditions of 85oC for 36 hours and 90oC for 16 hours. The above results show that current heat-treatment criteria are not suitable for several quarantine weeds and these conditions could be applied as a quarantine method to prevent the influx of quarantine weeds along with agricultural imports. More specific conditions for heat tolerant species such as Picris echioides and heat susceptible species such as Cuscuta spp. are necessary and will improve plant quarantine process in devitalizing quarantine weed seeds with different heat tolerances. 우리나라는 열처리방법을 포함한 식물검역규정에 의하여 외래잡초의 유입방지를 위한 잡초검역을 실시하고 있다. 현행 열처리기준의 적절성을 확인하고 검역잡초의 발아력을 완전히 제거하기 위한 열처리조건을 구명하여 식물검역에 활용하기 위하여 검역잡초 9종과 검역잡초와 유사한 잡초 1종의 종자를 재료로 하여 건열처리와 상대습도 40%의 습열처리에 의한 사멸조건을 연구하였다. 다양한 온도 및 시간별 건열처리 결과 95oC에서 48시간, 100oC 에서 36시간, 110oC에서 24시간, 121oC에서 4시간, 130oC에서 30분 처리 후 모든 종자가 사멸되었고, 상대습도 40%에서의 습열처리 결과 85oC에서 36시간, 90oC에서 16시간습열처리 후 모든 종자가 사멸하였다. 상기의 결과는 현행 열처리기준이 검역잡초 몇 종에는 적용하기에 적합하지 않음을 보여주며, 검역잡초종자의 발아력을 제거할 수있는 이 열처리조건은 수입농산물을 통한 검역잡초의 유입을 방지하기 위한 검역의 한 방법으로 적용할 수 있을것이다. Picris echioides와 같이 강한 내열성이 있는 종과새삼속(Cuscuta spp.)과 같이 열에 민감한 종을 위한 별도의 열처리조건이 필요하며 이는 다른 내열성의 검역잡초종자를 사멸시키는 검역업무의 효율성을 향상시킬 수 있을 것으로 사료된다.

Anneal Characteristics of LiF:Mg,Cu,Na,Si Teflon TLDs

Nam,Young-Mi,Jung,Woon-Hyuk,Lee,Dae-Won,Kim,Hyun-Ja,김기동 대한방사선 방어학회 1997 방사선방어학회지 Vol.22 No.3

열처리 특성의 연구는 열형광선량계를 재사용하는데 있어서 중요하다. 최근 개발된 디스크 형태(직경 4.5mm, 두께 약 90 ㎎/㎠)의 LiF:Mg,Cu,Na,Si Teflon TLD의 열처리 조건을 구하기 위하여 조사전 열처리, 판독과정 및 판독후 열처리의 순서로 연구하였다. Teflon TLD의 감마선 조사는 ??Co 0.1 Gy로 하였다. LiF:Mg,Cu,Na,Si Teflon TLD의 열처리 특성의 연구는 전기로와 판독장치를 이용하여 열처리 온도와 열처리 시간을 변화시키면서, 측정반복횟수에 따른 열형광강도 변화를 관찰하는 방법으로 수행하였다. LiF:Mg,Cu,Na,Si Teflon TLD의 열처리 조건은 조사전 열처리를 80℃에서 1시간 한 후 280℃까지 판독하고 판독후 열처리를 270℃에서 20초간 하는 것으로 결정되었고, 이 조건에서 10회 반복측정시 원래의 열형광강도는 5%의 감소를 보였다. The study of anneal characteristics is important for TL dosimeter to reuse. To obtain the annealing condition of the recently developed, new TL dosimeter, LiF:Mg,Cu,Na,Si Teflon TLDs in a disk type (diameter 4.5 mm, thickness about 90 ㎎/㎠), we studied for pre-irradiation annealing, readout procedure, and post-readout annealing, in order. The gamma irradiations were carried out with a ??Co, dose of 0.1 Gy. We have used the method that observe the variation of thermoluminescent(TL) intensity of these Teflon TLDs over repeated cycles by changing both anneal temperature and anneal time with the TLD reader and the oven. There is a 5% loss in sensitivity over the ten repeated readouts by the annealing condition:pre-irradiation annealing at 80℃ for one hour, readout to 280℃ and post-readout annealing at 270℃ for 20 seconds.

의사결정나무를 이용한 STD11 열처리 방법 결정에 관한 연구

박선용(Sunyong PARK),한준희(Jun-hee HAN) 대한인간공학회 2021 대한인간공학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.11

Objective: 냉간공구강인 STD11에 적용시킬 수 있는 열처리공정은 진공열처리, 풀림진공열처리, 심냉처리 등 다양한 방법이 존재하며, 상황에 맞는 적절한 열처리 공정을 선택하는 것이 업무효율을 증가시킬 수 있다. 본 연구에서는 기업들이 STD11에 어떤 열처리를 적용시킬지에 대하여 의사결정나무기법을 사용한 의사결정모델을 개발하는 것을 목표로 한다. Background: STD11은 탄소와 크롬의 함유량이 높아 내마모성이 뛰어나지만 열변형됐을 때 수정가공이 어렵다. STD11 적용시킬 수 있는 다양한 열처리 중에서 어떤 열처리를 적용시킬지는 주먹구구식으로 진행되고 있으며 적용가능한 기준도 없다. 선행연구들도 각각의 공정을 비교하기 보다 공정들의 기계적 특성에 중점을 두고 있어서 기업들의 결정을 개선하는 데에 한계가 있는 실정이고 생산에 어려움을 겪고 있다. Method: 최초 인자 선정을 위해 브레인 스토밍을 진행하고 의사결정모델 초안을 도식하였다. 이후 가지치기를 위하여 22개의 인자들 중 델파이기법으로 유의미한 인자를 도출하였고, 우선적으로 고려해야 할 인자를 파악하기 위해 AHP기법으로 종합가중치를 도출하여 뿌리노드와 자식노드에 위치시킬 인자를 선별하였다. 이 후 시편제작을 통하여 데이터를 수집하고 공정이 적용가능한지 여부를 의사결정모델에 반영시켰다. Results: 11개의 인자들을 사용하여 기업들의 열처리공정 선택을 보조할 수 있는 의사결정 모델을 개발하였다. Conclusion: 단가, 품질, 납기 등의 우선순위에 따라 적합한 열처리를 선택할 수 있는 모델을 제시하였으며, 품질, 단가, 납기를 종합적으로 고려했을 때 풀림진공열처리가 효율성이 좋은 것으로 판단됐다. Application: S사의 STD11제품의 사례 연구를 통해 검증함으로써 의사결정모델의 효율성을 입증하였다. 본 연구는 다른 제품에도 동일한 절차로 적용시켰을 때 불량률 감소와 작업 효율 향상을 도모하는데 활용할 수 있을 것으로 기대한다.

PVDF(polyvinylidene fluoride)와 SiO2의 열처리를 이용한 요크-쉘(yolk-shell) 구조의 SiO2/C 입자 합성

김정현,이정한,정진수,이교우 대한기계학회 2023 大韓機械學會論文集B Vol.47 No.8

This study devised a method for manufacturing yolk-shell-structured SiO2/C composite particles by a simple heat treatment process using a mixture of polyvinylidene fluoride (PVDF) and SiO2. This simple technique for fabricating yolk-shell structures involves the simultaneous carbonization of a carbon source and etching of SiO2 during the heat treatment. During the fabrication process, PVDF and SiO2 particles were mixed and heat treated, and the changes in the mixture before and after the heat treatment were examined by mass measurement, scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS) analysis. The mass of the mixture, which decreased after heat treatment, decreased even further at 400°C because of the active thermal decomposition of PVDF in particular. These results, which were confirmed through TEM, were attributed to the loss of decomposed gases and SiO2 etching by HF gas. As a result, the yolk-shell-structured SiO2/C composite particles are formed a carbonized carbon layer through the heat treatment of PVDF while empty spaces are formed by etching the core SiO2 with HF generated by the thermal decomposition of PVDF. Thus, carbonization and SiO2 etching were simultaneously performed in a single heat treatment process to fabricate the yolk-shell-structured particles. 본 연구는 PVDF와 SiO2의 혼합물을 열처리하는 간단한 과정으로 요크-쉘(yolk-shell) 구조의 SiO2/C 복합입자를 제조하는 방법을 제안하고자 한다. 이 방법은 열처리 과정 중 탄화와 식각이 동시에 진행되어 요크-쉘 구조를 생성하는 간단한 방법이다. 연구를 수행하기 위해 PVDF와 SiO2를 혼합하여 열처리하였으며, 질량 측정, SEM, TEM 및 EDS 분석으로 열처리 전후에 발생한 입자의 변화를 고찰했다. 열처리 후 혼합물의 질량은 열처리 전보다 감소되었고, 특히 400°C 부근에서 PVDF의 열분해가 활발하여 혼합물의 질량은 추가적으로 더 많이 감소했다. 이러한 결과는 PVDF의 열분해로 생성된 가스 유출 외에 열분해로 생성된 불산(HF)이 SiO2를 식각한 결과이다. 또한, SiO2의 식각으로 열처리 후 입자 내부에 공간이 생겨 요크-쉘 구조가 생성된 것을 전자현미경 사진을 통해 확인했다. 결과적으로, 제조한 요크-쉘 구조의 SiO2/C 복합입자는 PVDF의 열처리를 통한 탄화된 탄소층과 PVDF의 열분해로 발생한 불산이 코어인 SiO2를 식각해서 만든 빈 공간을 모두 가지고 있음을 알 수 있었다. 열처리 단일과정으로 탄화와 SiO2의 식각이 동시에 진행되어 목적했던 요크-쉘 구조의 입자를 만들 수 있었다.