아주대 재료공학실험1 금속재료의 열물성 분석 보고서

소개

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목차

1. 실험 목표

2. 이론적 배경
2.1 상과 상태도(Phase Diagram)
2.1.1 2원 상태도와 공정계
2.2 냉각곡선(Cooling Curve)
2.3 Temperature Measurement
2.3.1 열전대(Thermocouple thermometer)
2.3.2 그 외
2.4 열분석(Thermal Analysis)
2.4.1 열중량 분석(TGA, Thermogravimetric Analysis)
2.4.2 시차열분석(DTA, Differential Thermal Analysis)
2.4.3 TG-DTA
2.4.4 시차 주사 열량계(DSC, Differential Scanning Calorimetry)
2.4.5 흡열과 발열
2.4.6 선형 팽창측정(DIL, Dilatometer)
2.5 비표면적 분석

3. 실험방법
3.1 TG-DTA
3.2 DSC

4. 실험 결과
4.1 TGA
4.2 DTA
4.3 DSC
4.4 상태도

5. 결론 및 고찰

6. 참고문헌

본문내용

1. 실험 목표
상태도는 온도, 압력, 조성 등에 따른 합금의 재료적 특성을 알 수 있게 하여 이를 이해하는 것은 매우 중요하다. 물질의 불연속적인 변화를 이용하여 상변화를 일으키는 온도를 결정하는 열분석 실험을 통해 합금의 상태도를 얻을 수 있다. 이번 실험은 열분석 방법인 TGA, DTA, DSC과 냉각곡선을 이용하여 Pb-Sn의 조성에 따른 2원 상태도를 그리고자 한다. 이 과정에서 열분석법에 대한 이해를 높이고 사용법을 숙지할 수 있다. 또한 실험에서 얻은 상태도와 이론적 상태도를 비교할 수 있으며 합금의 조성과 온도에 따른 상변화를 알 수 있다. 그리고 재료의 비표면적에 대해 이해하고 분석 장비인 BET에 대해 알아본다.

2. 이론적 배경
2.1 상과 상태도(Phase Diagram)
상(Phase)이란 물리적, 화학적 특성이 균일한 계의 균질한 부분이다. 모든 순수한 물질과 모든 용액(고체, 액체, 기체)도 상으로 볼 수 있다. 일반적으로 온도, 압력, 조성을 변화시키면 상이 변하며 이를 상변태(Phase Transition)라 한다. 상평형이란 1개 이상의 상이 존재하는 계의 평형을 말하며 시간이 지나도 상의 특성이 변하지 않는 상태를 뜻한다.[1] 상태도는 합금의 온도, 압력, 조성에 따른 상평형 상태를 나타낸 그래프이다. 상태도를 통해 상변태와 미세조직을 예측할 수 있으며 미세조직은 기계적 성질과 밀접한 관계를 가져 상태도를 이해하는 것이 중요하다.
2.1.1 2원 상태도와 공정계

그림 1 Pb-Sn 상태도
2원 상태도는 두 가지 성분으로 구성된 합금의 상태도를 의미한다. 보통 일정 압력에서 온도와 조성을 변수로 가진다.[2] 공정반응(Eutectic reaction)이란 공정 조성에서 액상인 합금을 냉각할 때 공정온도를 지나면서, 두 개의 고상 α상과 β상이 형성되는 반응이다. . [3]
Pb-Sn 합금의 상태도는 2원 공정계로 고상선, 액상선 등을 관찰할 수 있고 공정반응 또한 존재한다. 이론적으로 Pb-Sn 합금의 공정 조성은 61.9wt% Sn, 공정 온도는 183℃(456K)이다. α상은 납 속의 주석(Sn)고용체이며 β상은 주석속의 납(Pb)고용체이다. 상과 상을 나누는 선인 solvus line, 상과 상을 나누는 solidus line, 상과 상을 나누는 liquidus line, 공정온도에서의 eutectic line을 관찰할 수 있다.

참고자료

· 재료과학과 공학, 제10판, William D. Callister, 시그마 프레스, pp.292~293.
· 네이버지식백과], 제벡효과(센서용어사전), https://terms.naver.com/entry.naver?docId=657243&cid=42338&categoryId=42338
· 재료공학실험1 강의노트, part.2 Thermal Analysis & Specific surface area, 안병민, p.10.