SiC 세라믹스의 탄성율에 관한분자동역학 연구

Title
SiC 세라믹스의 탄성율에 관한분자동역학 연구
Authors
박병우
Keywords
sic세라믹스의탄성율에관한분자동역학연구
Issue Date
2011
Publisher
인하대학교
Abstract
세라믹스 재료는 가볍고, 우수한 고온 강도 및 온도 안정성을 지니고 있어 고온 구조용 디바이스에 많이 응용되고 있다. 이러한 세라믹스 부품 소재를 설계하기 위해서는 열전도도, 비열등의 열적 물성과 함께 사용 환경에서의 탄성율, 응력-변형특성 등의 기계적 물성이 필요하다. 일반적으로 재료의 탄성율 측정은 인장시험과 곡강도 시험 등의 직접적 방법과 초음파나 진동모드를 측정하여 간접적으로 측정하는 방식이 있다. 하지만 직접적인 방법은 세라믹스 재료는 시편의 제작이 어렵고, 응력-변형 곡선을 얻기 어려워 탄성율을 측정하기 어렵고, 간접적인 방법도 초음파 탐촉자 및 진동센서의 온도 제한 때문에 고온에서의 탄성특성을 평가하기에는 한계가 있다. 최근 컴퓨터의 고속화 및 대용량화등의 발달로 재료의 원자 레벨의 미시적 거동을 해석하는 전산 모사 연구가 활발히 이루어지고 있다. 특히 분자 동역학은 원자간의 포텐셜 에너지 함수에 의해 설명되는 것으로 최근 들어 Silicon, SiGe등의 탄성율과 열역학적 특성 등의 시뮬레이션이 연구되고 있다. 본 연구에서는 분자 동역학을 이용하여 다양한 온도에서 고온 구조 재료인 SiC 결정의 응력-변위 거동 및 탄성율을 분석하고자 하였다. 이를 위해 Tersoff 포텐셜을 사용하여 SiC 결정을 모델링하고, 고전 분자동역학 프로그램인 LAMMPS S/W를 이용하여 상온부터 1250oC까지 응력-변위 특성을 해석함으로써 온도에 따른 탄성율 변화를 분석하여 SiC 결정은 상온부터 1250oC까지 온도가 증가함에 따라 탄성율이 약 475GPa 부터 425GPa 정도까지 변화함을 확인하였고, SiC 세라믹스의 탄성율 측정값과 비교하여 그 유용성을 확인하였다. 또한 고온에서 실험적으로 확보하기 불가능한 세라믹스 재료의 응력-변위특성 및 탄성율 특성을 분자동역학 시뮬레이션을 통해 예측할 수 있었다.
Description
그림 목차 표 목차 국문 요약 영문 요약 제1장 서 론 제2장 이론적 배경 및 문헌고찰 2.1. 분자 동역학 전산 모사 2.1.1. 포텐셜 에너지 함수 2.1.1.1. Tersoff 포텐셜 에너지 함수 2.1.1.2. Lennard-Jones 포텐셜 에너지 함수 2.1.1.3. Molse 포텐셜 에너지 함수 2.1.1.4. Johson 포텐셜 에너지 함수 2.1.1.5. EAM 포텐셜 에너지 함수 2.1.2. 주기 경계조건 2.1.3. 입자 등록법 2.1.4. 속도 스케일링법 2.2. 음향임펄스가진법에 의한 탄성율 측정법 2.2.1. 탄성율 측정 원리 2.2.2. 공진 주파수와 탄성계수의 관계 제3장 실험방법 3.1. 분자 동역학 시뮬레이션 3.1.1. SiC 결정의 격자 구조 3.1.2. 시뮬레이션 모델의 설정과 경계조건 3.2 음향임펄스가진법에 의한 탄성계수 측정 제4장 결과 및 고찰 4.1. 온도에 따른 SiC결정의 변형분석 4.1.1. 온도에 따른 SiC결정의 격자상수 변화 4.1.2. 온도와 변위 인가시 변형모양 분석 4.2. 응력-변형 특성 및 탄성율 시뮬레이션 결과분석 4.3. 시뮬레이션 결과와 음향임펄스가진법에 의한 탄성율 비교 제5장 결론 참고 문헌
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/22402
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College of Engineering(공과대학) > Materials Science & Engineering (신소재공학) > Theses(신소재공학 석박사 학위논문)
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