[소재공학기초실험]냉각 곡선에 의한 상평형도 작성

소개글

Pb-Sn 합금의 융점(Melting point)를 측정하여 합금의 냉각곡선과 그 합금계의 상평형도를 작성해보는 실험레포트입니다.

목차

1. 실험 목적

2. 실험 이론 및 원리
1) 실험 배경
2) Pb, Sn의 특징
3) 저항 가열
4) Chromel-Alumel 열전대
5) 화학평형상태(equilibrium state)
6) 과냉각(supercooling)
7) 응고
8) 잠열
9) 열분석
10) 냉각 곡선[ cooling curve , 冷却曲線]
11) 융점[melting point 融點]
12) 석출(析出)
13) 정출(晶出)
14) 공정점

3. 실험 기구 및 시약
1) 실험 장치
2) 실험 재료

4. 실험 방법

5. 실험 결과
1) 결과의 검토
2) 실험 DATA

6. 토의 사항
1) 결론
2) 실험 고찰

7. 참고 문헌

본문내용

1. 실험 목적
1.1. Pb-Sn 합금의 융점(Melting point)를 측정하여 합금의 냉각곡선과 그 합금계의 상평형도를 작성하는 것이다.

2. 실험 이론 및 원리
2.1. 실험 배경
액체상태에 있는 순금속의 원자들은 약한 인력으로 상호 결합되어 있으며 또 불규칙하게 배열되어 있다. 원자들은 운동을 할 수 있고 액체금속은 용기의 형상에 따라 쉽게 흘러 들어갈 수 있으며 연결이나 응집은 할 수 없다. 순금속이 액상으로부터 고상으로 냉각될 때에 응고점이라 불리는 일정온도에서 상태의 변화가 일어나며, 이 과정을 응고(solidification)라 부른다. 냉각 과정 중에 여러 시간에 있어서의 금속의 온도를 기록해 보면 그림1에 보인 바와 같은 냉각곡선이 얻어진다. 이 그림은 응고점에 있어서의 금속의 온도는 응고가 진행되는 동안 일정하다는 것을 나타내고 있다. 외부로부터 금속에 열을 가하지 않아도 일정온도로 유지되기 위해서는 금속으로부터 열이 방출되어야만 한다. 상태에 변화를 일으키는 동안에 방출(혹은 흡수)되는 열을 잠열(latent heat)이라 부른다. 그러나 금속이 냉각될 때에 고체상태는 액체상태에서 보다 낮은 에너지 준위(level)에 있고, 그 원자들은 가능한 한 운동과 유도에 대하여 보다 작은 에너지를 갖는다. 응고 중에 원자들은 어떤 규칙에 따라 질서 정연하게 배열한다. 원자들 상호간에 결합하는 강한 결합력으로 형성되는 이 규칙성으로부터 고체금속에 강도가 생기게 된다. 그림1과 같은 냉각곡선을 얻기 위해서는 금속을 냉각 중에 평형조건에 가깝게 유지, 즉 대단히 서서히 냉각하여야만 한다. 실제에 있어서는 액상으로부터 고상으로 변화할 때에 약간의 과냉이 수반되는데, 이것은 고체를 형성하기 위한 핵생성에 필요한 것이다. 냉각속도가 빠르면 과냉은 그림2에 보인 바와 같이 더욱 뚜렷하게 될 것이다.

참고 자료

G. Wasserman: Praktikum der Metallkunde und Werkstoffprufuug, Springer Verlag, Belin 1965, 91～96.
M. Hansen: Constitution of Binary Alloys, McGraw-Hill 1958, New York.
Th. Heumann: Anleitung zum Matallkunde Parktikum, Univ. Munster, 1973, 11～15.