[무기재료] 알루미나분말 소결체의 소결온도에 따른 기계적 특성 변화 분석

소개

알루미나 분말을 1300, 1400, 1500 도에서 소결시 각 소결온도에 따른 소결체의 기계적 특성을 분석한 리포트입니다. 분석 내용은 목차의 실험결과에 나와있는 4가지 항목이며, 각각의 실험에 대한 기초지식, 이론적 배경 및 실험장비에 대한 설명을 기술하였습니다.
그리고 모든 결과들은 스캔하여 그림형식으로 함께 넣었으며, 특히 XRD와 같은 수치데이터들은 모두 MS-Excel을 이용하여 최대, 평균, 계산결과값 등 필요한 모든 자료들을 그래프화하여 한눈에 알아 볼 수 있도록 하여 그림으로 첨부하였습니다.
특히 X-선 회절(XRD)을 통한 소결체의 결정립 크기 분석은 Bragg's law와 Scherrer's formula를 이용하였는데, 이에 대한 지식과 이해가 반드시 필요하므로 Bragg's law와 그에 필요한 그림을 통해 공식 유도과정까지 자세히 기술하였습니다. 따라서 XRD를 처음 접하시는 분들이라도 거울의 반사원리와 굴절, 삼각함수에 대한 이해만 있으시면 그 원리를 이해할 수 있습니다.
끝으로 비록 이 실험이 알루미나 분말에 대한 소결온도의 영향을 알아보는 것이지만, 다른 재료의 시험법과 유사하므로 재료의 기계적 특성 시험이나 XRD 분석을 하실 때 많은 참고가 될 것입니다.

목차

1.실험목적
1.1.알루미나
1.2.소결
1.3.요업체의 소결과정
1.4.밀도

2.실험기구 및 방법
2.1.시편제조
2.2.Bend Strength Test(굽힘 강도 시험)
2.3.아르키메데스 법을 이용한 시편의 겉보기 비중, 흡수율, 기공율 측정
2.4.자동 밀도 측정기를 이용한 원료 분말 및 각 소결체의 진밀도 측정
2.5.X-Ray Diffraction(XRD) 측정 결과를 이용한 원료, 소결체의 결정립 크기 계산

3.실험결과 및 고찰
3.1.굽힘강도시험
3.2.아르키메데스 법에 의한 겉보기 밀도 측정
3.3.자동 밀도 측정기를 이용한 원료 분말 및 각 소결체의 진밀도 측정
3.4.XRD 측정 결과를 이용한 원료 분말 및 소결체의 결정립 크기 계산

4.결론 및 논의

5.참고문헌

본문내용

1.실험목적
이 실험에서는 알루미나()분말로 제조된 소결체의 소결온도에 따른 밀도, 겉보기 비중, 굽힘강도, XRD 분석을 통한 결정립의 크기 등을 구하여 소결온도가 기계적 성질에 어떠한 영향을 끼치는지 알아본다. 이를 위해 알루미나와 소결에 대한 다음의 배경 지식이 필요하다.
1.1.알루미나
1.2.소결
1.3.요업체의 소결과정
1.4.밀도

4.결론 및 논의
이 실험을 통해 알루미나 분말의 소결 온도에 따른 성질의 변화를 알 수 있었다.
소결 온도가 높을 수록 성형체의 굽힘 강도는 증가하는 반면 연신율은 감소한다.
아르키메데스 법을 이용한 겉보기 비중과 자동 밀도 측정기를 이용한 밀도 결과에서도 소결 온도가 높을 수록 closed pore가 감소하여 밀도는 증가함을 알았고, 반면에 미세한 크기의 open pore의 증가도 뒤따르는데, 이로 인해 기공율과 흡수율도 다소간 증가함을 알았다.
마지막으로 XRD 실험을 통해 각 소결체의 결정립의 크기를 계산하였다. 결정립의 크기는 소결 온도가 높을 수록 결정의 크기도 성장하여 점점 커진다는 것을 알 수 있다.
요컨대, 소결 온도가 높을 수록 소결체의 내부는 더욱 치밀해지고 더불어 closed pore가 제거되며 이때 내부 응력이 발생하여 결함 또는 더 미세하고 더 많은 open pore를 생성할 수 있다. 이 때 소결체의 강도는 더 커지며, 연신율은 줄어들어 더 큰 외부 응력에도 형태의 큰 변화 없이 버틸 수 있다. 또한 고온일 수록 결정립의 크기가 커지는 경향이 있음을 알 수 있다.

참고자료

· 기계, 금속 재료학 / 김암수(金岩洙) 저, 도서출판 남양문화(1997)
· 엔지니어링 세라믹스(기계구조용 파인세라믹스) / 이홍림(李弘林) 역, 반도출판사(1998)
· Elements of X-Ray Diffraction 3rd Ed. / B.D. Cullity & S.R. Stock, Prentice Hall(2001)
· 세라믹스의 기계적 거동 / 박상엽 역, 피어슨 에듀케이션 코리아(2000)
· 소결의 이론 및 실제 / 박상엽, 백용균 공역, 다성출판사(2000)
· http://www.dh-c.co.kr/product/sa.htm / 공업 알루미나 소결 제품 소개
· http://plaza.snut.ac.kr/%7Emse/korea/professor/pro/hwang/jung00_2.htm / 알루미나의 특성 및 활용 분야에 대한 소개
· http://anuis.andong.ac.kr/%7Escmlab/study_02.htm / 알루미나의 특성 소개
· http://anuis.andong.ac.kr/%7Escmlab/study_03.htm / 알루미나의 응용분야
· http://www.metal.or.kr/college/m_steel/m_nsteel/8.html / 알루미나 및 알루미늄 제조법 소개
· http://www.newceramic.com/conistituent_al2o3.htm / 알루미나 물성표