나노압입에 의한 물성치 측정

-나노스케일의 의미

® 원자 1개의 직경 약 0.1nm

® 원자 하나의 크기: 물 1 세제곱 센티미터(물 몇 방울 정도)에 들어 있는 원자의 수는 지표면에 공항을      가득 채운 후 지상 1km정도 높이에 또 한 층을 공항으로 채운 후 태양에 도달할 경우 10¹⁶개의 공항 수      에 해당

® 원자 한 개의 크기를 3km라면 양자는 골프 공(수소원자)

-나노압입시험

® 압입시험에 의한 재료의 나노레벨의 일반적인 기계적 특성 측정

    : 경도, 인장강도(항복강도), 탄성계수

®  압입시험에 의한 재료의 나노레벨의 파괴역학적 특성 측정

    : K_1C 등

®  압입시험에 의한 재료의 나노레벨의 Creep 특성 측정

®  압입시험에 의한 재료의 나노레벨의 피로 특성 측정

■ 연구환경

- 장기간의 압입물성치 측정에 대한 연구

- 자동압입장치 개발

- AFM(원자력현미경) 보유

Berkovich 압입자를 이용한 압입파괴시험에서 발생된 균열형상 (AFM에 의한 사진) (a)TiAlCN 재료의 압입자 경계면을 따른 균열형상 (b) TiAlSiN 재료의 방사형 균열형상

■ 나노압입파괴

- Vickers 압입에 의한 균열형상

- 균열발생시 압입하중 : 세라믹 재료의 경우 0.5(입방체) ∼25(비커스)g (4.9~245mN)

- 균열발생시 압입깊이와 크랙 길이 < 1μm

- 균열발생 예측을 위한 파손 이론

® 최대주응력기준

®  최대접선응력기준

®  최대전단변형에너지기준

®  최대전단응력기준

■ 압입파괴인성치

- Lawn, Evans, and Marshall의 식

                k=0.016, H는 경도값

- Laugier

                xv=0.015

- Chantikul et al.

                c=0.59, sf는 주어진 하중(P)에서 압입 후의 파괴강도

■ 균열길이 측정

- 균열발생여부는 P-h선도에서 확인

- Acoustic Emission법 사용 균열길이 측정

- AFM을 이용하여 균열길이 확인

■ 압입시험의 문제점

- 압입자의 형상(불규칙적인 모양)

- 압입자 끝 반경에 따른 영향

- 표면거칠기

- 초기관통깊이

- 열에 의한 영향(Creep발생)

- 시험기의 컴플리언스

- Piling-Up and Sinking-In

- 잔류응력

■ 연구방향

- 보유중인 압입시험기로 압입파괴시험

- Acoustic Emission Testing법을 이용, 압입 중 균열길이 측정

- AFM을 이용하여 균열진전상태 측정

- 재료에 따른 균열발생 및 성장의 영향 연구

- 파괴기준이용 균열발생 하중 및 균열성장 방향 예측

- 압입자 형상에 따른 균열발생 연구

- 파괴인성실험결과와 압입파괴인성시험결과와 비교

- 압입파괴인성치식들의 적용ㆍ비교

- 압입하중의 증가에 따른 균열의 성장