A new method is proposed for the calculation of the unrelaxed surface energy of spinel ferrite. The surface energy calculation consists of (1) setting the central and computational domains in the semi-infinite real lattice, having a specific surface, and having an infinite real lattice; (2) calculation of the lattice energies produced by the associated portion of each ion in the relative domain; and (3) dividing the difference between the semi-infinite lattice energy and the infinite lattice energy on the exposed surface area in the central domain. The surface energy was found to converge with a slight expansion of the domain in the real lattice. This method is superior to any other so far reported due to its simple concept and reduced computing burden. The unrelaxed surface energies of the (100), (110), and (111) of ZnFe2O4 and Fe3O4 were evaluated by using in the semi-infinite real lattices containing only one surface. For the normal spinel ZnFe2O4, the(100), which consisted of tetrahedral coordinated Zn2+ was electrostatically the most stable surface. But, for the inverses pinel Fe3O4, the(111), which consisted of tetrahedral coordinated Fe3+and octahedral coordinated Fe2+ was electrostatically the most stable surface.

The purpose of this study was to investigate the microstructures and mechanical properties of zirconia toughened alumina (ZTA) ceramics prepared from two kinds of 3Y-TZP powders. ZTA composites were prepared by adding two kinds of 3Y-TZP powders, 3YEH (BET = 7m2/g) and 3YEM (BET = 16m2/g), to α-alumina in the range of 5-25 wt%. It was found that the microstructure photographs of the ZTA composites showed that the average grain size of alumina decreased as the content of zirconia increased. In our present study, specimens containing 3YEM zirconia exhibited smaller grain sizes compared to those of 3YEH zirconia. The Vickers hardness of the ZTA composites that were sintered at 1600˚C for 2 hrs was found to smoothly decrease with increasing zirconia content because of the low Young modulus in zirconia. The Vickers hardness of the ZTA containing 3YEH zirconia was greater than that of the 3YEM zirconia. In substance, the fracture toughness (K1c) of the ZTA composites increased as the content of zirconia increased. The fracture toughness (K1c) of ZTA containing 3YEM zirconia was greater than that of 3YEH zirconia.

In this study, intermediate-mixed powders were prepared by loading zirconia powders initially in a ball-mill jar and loading alumina powders afterward; the initial-mixed powders were produced by loading zirconia and alumina powders together in the ball-mill jar. The effect of such differences in mixing method on the mechanical properties was investigated. In intermediate-mixed powders, the volume fraction of large particles slightly increased and, simultaneously, zirconia particles formed agglomerates that, due to early ball-mill loading of the zirconia powders only, were more dispersed than were the initial-mixed powders. For the intermediate-mixed powders, zirconia agglomerates were destroyed more quickly than were initial-mixed powders, so the number of dispersed zirconia particles rose and the inhibitory effect of densification due to the addition of a second phase was more obvious. In the microstructure of intermediate-mixed powders, zirconia grains were homogeneously dispersed and grain growth by coalescence was found to occur with increasing sintering temperature. For the initial-mixed powders, large zirconia grains formed by localized early-densification on the inside contacts of some zirconia agglomerates were observed in the early stages of sintering. The intermediate-mixed powders had slightly lower hardness values as a whole but higher fracture toughness compared to that of the initial-mixed powders.

본 연구에서는 2006년 1월부터 2009년 2월까지 자연 상태에서 만들어진 솟는 고드름(n=107)을 관측, 분석하여 실험실에서 솟는 고드름을 재현할 수 있는 실험 장치를 개발했다. 이 장치를 이용하여 동영상 관측과 실험(531개의 솟는 고드름 생성)을 통해 그 생성과 성장 원리를 연구했다. 용기의 아래 부분이 위쪽 보다 더 차가운 상태에서 용기 바닥과 물 표면에서부터 얼음이 얼기 시작하는데, 표면에서 얼음이 얼지 않는 부분을 숨구멍이라고 하며 이곳으로부터 솟는 고드름이 만들어지기 시작한다. 솟는 고드름이 만들어지기 시작한 후 계속 성장하기 위해서는 용기 하부의 물이 얼음으로 변할 때의 부피 팽창 효과와 숨구멍을 통해 올라오는 과냉각수의 빠른 빙결 효과 등이 관련된다. 실험 장치에서 아이스 트레이 큐브에 증류수를 넣고, -12- -13˚C의 온도를 약 1시간 30분 정도 유지시키면 수면에 살얼음과 숨구멍이 생기기 시작한다. 숨구멍으로부터 생기기 시작한 솟는 고드름은 10-30분 동안 성장하고, 끝이 막히면서 성장을 멈춘다. 솟는 고드름의 형태는 7가지로 분류되며 자연 상태에서는 꼭지형과 기운형이 많았고, 실험실에서는 수직형이 가장 많았다.

Pb(In1/2Nb1/2)O3 (PIN)세라믹스에서 Pb+2이온 대신에 Ca+2, Sr+2, Ba+2 이온을 부분적으로 치환하여 상합성 과정 및 유전특성을 조사하였다. 페로브스카이트 PIN을 얻기위한 최적조건을 도출하기위하여 하소, 치환 이온의 종류 및 그량, 소결민돌, 유전특성의 관점에서 관찰하였다. 페로브로스카이트 PIN상을 합성하기 위해서는 Ba+2이온의 치환이 가장 효과적이었다.

압전 actuator를 위한 새로운 형태의 재료를 개발하여, 그 특성들을 조사하였다. 이 압전 actuator는 세 층으로 구성되어 있다: 압전 세라믹 층, 조성이 점차로 변하는 중간층, 그리고 또 다른 압전 세라믹 층, 이러한 형태이 재료는 경사 기능 재료(Functionally Gradient Material, FGM)라 불리운다. 경사 기능 재료를 제작하기 위한 재료설계의 개념을 도입하여, FGM화에 있어서 열팽창에 의한 시편의 박리를 막기 위해 (Pb, La)(Zr, Ti)O3계에서 서로 다른 세라믹스의 조성을 선택하였다. 1300˚C, 2시간의 소성에 의해 경사 기능화된 PLZT는 약 20μm정도의 중간층을 형성하는 미세구조를 가지고 있었다. 경사 기능 재료에서의 유전 및 압전 등의 여러 특성은 두 접합 조성층 특성의 사이의 값을 나타내었다. 인가 전압에 따른 strain특성은 전반적으로 단일 시편의 특성보다 증가하였으며, 특히 접합 조성층에서 고압전-저유전성 조성과 저압전-고유전성 조성을 경사 기능화하였을 경우에 변위의 증가 정도가 더욱 향상되었다.