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x-선, 회절분석

X – Ray Diffaction조원 :IntroductionIntroductionX-선(X-Ray)이란?IntroductionX선(X-Rays) 의 발생(Generation)Target 종류 Cr, Fe, Co, Cu, Mo, Ag, WIntroduction연속 X-선(Continuous X-rays)여러 파장의 X-선이 연속적으로 발생 최대 Intensity는 최단파장 (Shortest wavelength)의 1.5배 부근에서 나타남 파장은 가속전압에 비례 λSWL=hc / eVShortest Wave length Limit열전자가 Metal target 에 단 1회에 충돌하여 모든 운동 에너지를 잃어버리고 그 에너지에 의하여 X-선이 발생하는 것Introduction특성 X-선(Characteristic X-rays)각 계열의 파장은 K L M ... 순 같은 계열에서도 K계열은 Kα1, Kα2, Kβ1 ..., L계열은 Lα1, Lα2, Lβ1, Lβ2, L β 3… 등 으로 구성 특성 X-선의 파장은 Target 물질을 구성하고 있는 원소에 따라 고유의 값을 갖고 있으며, K, L, M, ... 등의 계열로 분류X-선(X-rays)의 흡수(Absorption)IntroductionX-선(X-rays)이 물질과 충돌하면 여러 가지 형태로 Energy 변환이 일어나며, 일부는 투과되고 일부는 흡수질량 흡수 계수 (Mass absorption coefficient)Introduction물질의 밀도를 ρ라고 하면 I / I0 = e-(μ/ρ)xρ 로 되며, μ/ρ 를 질량흡수계수(Mass absorption coefficient)라고 부름 질량흡수계수(Mass absorption coefficient)는 물질마다 고유의 값을 가지고 있으며, 일정한 입사 X-선(Incident X-Rays) 파장에 대하여 일정FilterIntroductionFilter고려할 점IntroductionIntroductionX-선 회절 현상그림에서 A에서 B까지의 거리는 d Sin θ 가 되며, 이는 B에서 C까지의 거리와도 같다. 따라서, AB = BC = d Sinθ 이며, n λ = 2 d Sinθ 를 만족하면 X-선(X-Rays)은 결정에 의한 회절(Diffraction)현상으로 강도가 증가AB = BC = d Sin θ n λ = 2 d SinθIntroduction역격자와 회절(Diffraction)조건파장 λ의 X-선(X-Rays)이 다음 그림의 O(역격자 원점)를 향하여 입사되고, O 에서 1/ λ 만큼 떨어진 A 를 중심으로 반경 1/ λ 인 구상에 H 가 있을 때, 입사된 X-선이 A 에 있는 시료에 의해 회절 되어 H 를 향하여 발생되면 S0를 입사 방향의 단위 vector, S를 회절(Diffraction)방향의 단위 vector 라고 하면, d*=S /λ - S0 /λ 이 되며, | S - S0 | = 2 sin θ 이므로, | d*| = 2sinθ/λ=1/dkhlIntroductionX-선 회절 분석기(XRD)IntroductionX-선 관(X-ray Tube)의 Take-off AngleX-선(X-rays)이 외부로 나오는 각도(Take-off Angle)는 3 ~ 12o 가 가능하지만, 보통 6o 에 고정하여 사용Line Beam - Target상의 집점의 길이방향과 직각방향으로 나오는 Beam Slit을 사용하여 회절분석에 이용 Point Beam - 집점의 길이방향으로 나오는 Beam이며, Pin hole 에 Collimator를 사용하여 이용Introduction고니오메타(Goniometer)Main SubjectX-선 회절분석의 특징금속, 합금, 무기 및 유기화합물, 폴리머, 분말, 액체, 리본Main Subject출력이 크고 연속 X-선이 비교적 적으며 특성 X-선의 파장이 측정에 적합, 가장 많이 쓰임가속전압이 임계전압 이상 증가 시에 파장이 일정하고 강도가 큰 특성 X-선이 나옴 파장의 범위가 좁으며 강도가 큼 Target metal 의 특정한 파장에 의한 결정면 분석Main Subjectλswl = 12400Å / 30000 = 0.4133 Å λCukβ = 12400Å / (661.5-5.6)*13.6volt = 1.39Å λCukα1 = 12400Å / (661.5-68.7)*13.6volt = 1.53Å λCukα2 = 12400Å / (661.5-70.2)* 13.6volt = 1.54Å λCukα = (2 λCukα1 + λCukα2) / 3 = 1.53ÅMain SubjectCukβ 값과 Cukα값 사이 값을 사용 1.39 Å과 1.53 Å사이의 1.48807 Å값을 가지는 Ni 를 사용0.025mm, 0.018mm, 0.015mm의 세가지 두께에 대하여 투과율을 구한 결과 0.015mm가 적합FCC구조, a=3.5239Å, 조밀면={111} FCC의 면간거리 : dkhl = a / (h2 +k2+l2) 1/2Main SubjectNiBragg's 의 law에 의하여 λCukα = 1.53Å, d{111} = 2.0345 Å 1) n=1(1st order diffraction) Sin θ=1.53Å / 2*2.0345Å = 0.376 θ =22.09 2) n=2(2nd order diffraction) Sin θ=2*1.53Å / 2*2.0345Å = 0.752 θ =48.77 3) n=3 (3rd order diffraction) Sin θ=3*1.53Å / 2*2.0345Å =1.12804 No diffractionConclusionX-선 회절 분석 시험에 따른 기기사용법 재료의 결정 및 결정구조에 따른 분석 분석 할 시편의 회절각, 회절 횟수, 파장의 이론적 분석THANK YOU!{nameOfApplication=Show}

공학/기술| 2008.05.07| 22페이지| 1,500원| 조회(431)

발표자료, x-선, PPT, 회절분석

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수소저장합금, 수소저장 세라믹

수소저장합금과 수소저장세라믹1. Introduction18세기말 영국에서 일어난 산업혁명 이후로 인류는 급속적인 발전을 해왔다. 그러나, 인류의 발전 그 뒷면에는 천연자원의 고갈과 환경파괴라는 엄청난 결과를 가져 왔다. 그래서 인류는 환경파괴를 줄이고, 고갈되어가는 천연자원을 대체하기 위한 방법을 모색하였다. 그 중의 하나가 바로 수소저장합금이다.2. 수소저장합금(1)수소저장합금이란?수소저장합금은 수소와 반응하여 수소를 수소 화합물의 형태로 대량으로 흡수하는 합금이다. 온도나 압력을 바꾸면 수소의 흡수와 방출을 가역적으로 되풀이할 수 있다. 따라서 수소의 저장과 수송용으로 이용할 수 있을 뿐 아니라 수소가 방출할 때의 가스압과 반응할 때의 열을 에너지원으로 이용할 수 있다. 수소는 재생할 수 있어 고갈되지 않으며 더욱이 깨끗한 에너지원으로서 장래성을 촉망받고 있다.(2)수소저장합금의 원리수소 화합물을 형성하는 금속에 수소를 접촉시키면 수소 분자는 금속 표면에 흡착된다. 그중 일부는 수소원자로 분해되고 금속 결정격자 내부의 격자간 위치라고 불리는 틈새로 침입한다. 금속 속으로 흡수되는 수소의 수는 어떤 일정한 값에서 포화된다. 그러나 더욱 수소압을 높여 주면 수소 원자는 금속 속으로 침입을 계속하여 전체가 금속 수소 화합물로 바뀐다. 이것이 수소 저장 합금이다.그림 1. 수소저장합금 원리그림 2. 수소저장합금 원리수소 저장 합금이 많은 수소를 저장할 수 있는 것은 원자가 꽉 들어찬 상태인 결정의 틈새로 침입하기 때문이다. 금속 결정 중에는 수소를 흡수할 수 있는 격차간 위치가 많이 존재하고 있어 수소 저장 합금의 경우 금속 원자수의 1∼2배 정도의 수소 원자를 흡수 할 수 있다. 이렇게 수소를 저장하는 경우에는 액체수소나 고압 수소가스의 형태로 수소를 저장하는 방법에 비해 용적의 측면에서 보면 수소의 밀도를 매우 높일 수 있으나 중량면에서는 금속이 무겁기 때문에 중량비는 매우 낮다. 그러나 수소의 중량당 에너지 밀도는 매우 높아서 에너지 저장법으로서는 유망하다고 하겠다.(3)수소저장합금의 제조방법표 1. 수소저장방법과 특성표 2. 각종 수소저장 방법에 따른 수소저장 용량 및 저장 특성지금까지 사용되어온 수소저장 방법을 대별하면 표1과 같으며, 각 수소저장 방법과 수소저장 합금의 종류에 따른 수소저장 용량 및 특성을 표2에 실었다.1)(4)수소저장합금의 특성수소와 금속의 반응은 수소가스의 압력과 온도에 따라 흡수 또는 방출이 진행된다. 수소가스의 압력이 평형 압력보다 높으면 반응은 흡수쪽으로 진행되고 거꾸로 이보다 낮으면 방출된다. 이때 동시에 발열 또는 흡열 현상이 생기고 흡수의 경우는 발열하고 방출될 때는 흡열이 일어난다. 그래서 이 수소와 수소 저장 합금의 조합은 단순히 수소 저장법으로서 이용될 뿐 아니라 흡열과 방열을 되풀이하는 에너지 변환 시스템으로도 이용할 수 있다.(5)수소저장합금의 적용분야응용 분야로서 가장 기대를 걸고 있는 것은 수소를 연료로 하는 자동차의 연료탱크이다. 수소는 연료로 사용해도 환경오염의 염려가 적고 열효율이 가솔린에 비해 금속 수소화물은 중량적으로 불리한 점은 있으나 축전지에 비하면 유리하기 때문에 여러 분야에서 응용 연구가 진행되고 있다.또 수소 저장 합금과 수소를 폐쇄계에서 사용하는 콤프레서 연구도 하고 있다. 미국의 샌디아고 연구소는 이 합금을 사용한 콤프레서와 풍선을 사용하여 태양열에 의한 온수와 우물의 냉수를 이용하는 펌프를 검토하고 있다. 이밖에도 히트펌프를 이용하는 연구를 여러 기업과 연구소에서 추진하고 있다. 앞으로 히트 펌프를 이용한 냉난방 장치가 실용화될 것으로 기대되고 있다.3. 수소저장 세라믹수소를 저장할 수 있는 것은 비단 수소저장합금뿐만 아니라, 세라믹에서도 수소를 저장할 수 있다.(1)제올라이트에 저장하는 방법제올라이트가 가지는 마이크로 기공 구조는 수소를 비롯해 많은 미세 결정체들이 반응할 수 있는 표면적을 극대화시킬 수 있다는 장점이 있어 에너지 관련 산업을 비롯하여 바이오, 재료 산업에서 많은 연구를 하고 있다.2)제올라이트는 구조적 특성인 3차원 골격구조를 가지고 있으므로 이들의 미세결정체들은 전체부피의 약 50%가 빈 공간(Void volume)인 동공(Cavity)으로 구성되어 있고, 이들 동공들은 3차원적으로 연결되어 각종 분자차원의 입구(Opening)를 가진 Channel과 Window들을 형성하므로 분자체로서도 현재 많이 사용되고 있다. 이러한 제올라이트의 물리화학적 특성과 분말이라는 물리적인 특성을 이용하여 수소의 저장시스템으로 활용하고자 하는 연구들이 1960년대 초부터 시작되었는데, 미국의 Sandra Laboratory에서는 제올라이트와 함께 구조화합물을 이용한 연구가 진행되고 있으며, 이스라엘의 Weizmann Institute 에서는 합성 제올라이트 A를 이용한 수소의 캡슐화가 연구 중에 있다.(2)실리카에 저장하는 방법다공성 구조체인 실리카에 리튬을 도핑시킨 후 수소를 저장하는 연구가 유럽의 여러 기관과 일본 도쿄 대학에서 이뤄지고 있다. 리튬 클로라이드와 에탄올 용액에 다공성 실리카를 넣어 리튬이 도핑된 실리카를 만들고 여기에 다시 수소를 흡착시켜 수소 저장능력을 평가하였다. 흡착된 수소의 양은 520°C에서 열처리 시 0.05wt%를 보였다. 이는 수소가 흡착되는 양이 비록 적은 양이지만 다공성 구조체를 개질시켜 수소 저장 가능성을 보였다는 관점에서 중요한 연구정보를 제공하고 있다.2)(3)지르코니아에 저장하는 방법미국 캘리포니아 대학교 데이비스(University of California - Davis )의 화학과 교수인 주하이르 무니르(Zuhair Munir) 박사팀은 아주 작은 크기의 정방형 지르코니아(zirconia)를 이용하여 효율적이고 경제적인 수소저장 연료 전지를 만들 수 있는 기술을 개발하였다.3)SOFC(Solid Oxide Fuel Cell)는 3세대 연료전지로 불리는 고체산화물 연료전지는 산소 또는 수소 이온전도성을 띄는 고체산화물을 전해질로 사용하는 연료전지로써 1937년에 Bauer와 Preis에 의해 처음으로 작동되었다. 고체산화물 연료전지는 현존하는 연료전지 중 가장 높은 온도(700 - 1000 ℃)에서 작동하며, 모든 구성요소가 고체로 이루어져있기 때문에 다른 연료전지에 비해 구조가 간단하고, 전해질의 손실 및 보충과 부식의 문제가 없으며, 귀금속 촉매가 필요 없고 직접 내부 개질을 통한 연료 공급이 용이하다. 이 고체산화물 연료전지에 전해질로 지르코니아가 쓰이고 있다.4)4. 얼음 입자를 이용한 수소저장기술한국과학기술원의 이흔 교수팀은 특정한 온도와 압력 조건에서 물 분자들은 수소 결합에 의해 나노 크기의 수많은 빈 공간을 형성하고 그 빈공간에 수소를 안정적으로 저장할 수 있음을 보고하였다.순수한 물로 형성된 얼음 입자에는 수소를 저장할 수 있는 빈 공간이 존재하기 어렵지만 순수한 물에 미량의 유기물을 첨가하여 얼음 입자를 형성할 경우 내부에 수많은 나노 공간이 만들어지며, 이 공간 안에 수소가 안정적으로 저장되는 형상이 나타난다. 특히 비교적 낮은 압력 조건과 상온에 가까운 온도 조건에서 수소를 저장할 수 있으며, 수소를 저장하고 있는 얼음 입자가 물로 변하게 될 때 수소가 자연적으로 방출된다. 이러한 수소의 저장과 방출은 짧은 시간 내에 단순한 과정으로 진행된다. 더욱이 수소를 저장하는 매체로 물을 사용함으로써 지금까지 알려진 수소저장 재료와는 달리 거의 무한대로 얼음 입자를 반복해 활용할 수 있을 뿐만 아니라 필요시 방대한 얼음 입자로 이루어진 공간에 수소를 대규모로 저장할 수 있다.5)

공학/기술| 2008.05.07| 5페이지| 1,500원| 조회(760)

세라믹, 수소저장, 합금, 수소저장합금및 세라?

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Wibro(무선휴대인터넷)

Wibro(무선휴대인터넷)신소재공학과목차❖ wibro의 정의 ❖ wibro 의 도입배경 ❖ wibro 의 특징 ❖ wibro의 기술동향 ❖ wibro 유사 서비스 동향 ❖ wibro 시장 전망 분석 ❖ wibro의 경제적 파급 효과 ❖ wibro의 문제점 및 해결책wibro의 정의Wibro(wireless broadband internet) 이용 대역폭 : 2.3 GHz 제공 속도 : 가입자당 1Mbps 정도 예상 시장 수요 : 약 950만명, 약 3조 언제, 어디서나, 이동 중에도 높은 전송속도로 무선 인터넷 접속이 가능한 서비스 노트북, PDA, 휴대폰 등 다양한 형태로 공급Wibro의 개념도Wibro의 도입 배경이동전화를 통한 무선인터넷 서비스는 전송속도가 낮고 이용요금이 높아 보편적 이용엔 한계가 있다. 또 다른 무선인터넷 서비스인 무선 랜의 경우에는 전송 속도는 빠르나 기지국 반경이 작고(100m 이내) 이동성이 보장되지 않아 보급 활성화에는 한계가 있을 것으로 예상. 그러므로 이동성이 보장되고 현재의 이동전화보다 더 저렴하게 이용 할 수 있는 무선 인터넷 서비스의 필요에 의해 wibro가 탄생.Wibro의 특징무선LAN의 장점인 고속 데이터서비스와 무선인터넷의 장점인 이동성을 살리고 각각의 단점을 극복할 서비스로 기대되고 있다. 특히, 2.3GHz를 기반으로 한 wibro는 요금도 저렴하고 이동하면서 초고속 인터넷을 이용할 수 있어 기존 무선랜이나 이동통신 기반 무선인터넷의 장점을 고루 갖추고 있는 것으로 평가된다.상대적 저렴매우 높음낮음서비스요금수백명수백명수십명가입자/기지국옥외, 공공장소옥내외(전국망)옥내(구내)커버리지노트북, PDA휴대폰, PDAPC, 노트북, PDA단말형태정지 또는 보행 또는 차량고속이동정지이동성고속(1Mbps 이상)중고속초고속전송속도2.3 GHz wibroCDMA 1x EV-DO IMT-20002.4 GHz 무선LAN구 분Wibro 서비스 개념도이동성의 경우 WLAN보다는 다소 높은 보행수준의 준 이동성(Nomadic Mobility)을 보장. 전송속도 면에서도 기술방식에 따라 다르지만, 평균 1Mbps급 이상의 안정적인 속도를 제공. Wibro는 이동전화와 상호 보완적인 관계가 형성될 것으로 예상. 왜냐하면 WiBro를 통한 음성서비스(VoIP)는 서비스 품질저하, 장비단가 상승 등으로 현재의 기술수준으로는 제공이 곤란하기 때문에 cdma2000 1X 등 이동전화와 결합하여 음성서비스 제공 예상된다. 또한 무선인터넷 분야도 WiBro와 이동전화와 상호 보완 관계 형성될 것으로 예상된다.Wibro의 기술 동향외국 회사가 개발하고 있는 대표적인 기술로는 어레이컴사의 i-Bust, 플라리온사의 Flash-OFDM, 나비니사의 Ripwave 등이 있다. 국내기술로는 ETRI가 주도하고 KT, 하나로, SKT, 삼성전자 등 국내 통신관련 기업들이 함께 참여하여 개발 중에 있는 HPi(High-speed Portable Internet)가 있는데, 2005년 말에 완료예정.Wibro 유사 서비스 동향Wibro 시장 전망 분석매출액은 서비스개시 6년 후 3조 2천 억원 ~ 3조 7천 억원 규모일 것으로 예상된다. 그러나 WCDMA(R5) 서비스나 DMB 서비스 등 신규 유사서비스의 출현 등으로 인해 일정부분 상기 예측이 축소 될 가능성도 있다.Wibro의 문제점 및 해결책WCDMA R5, CDMA EVDV, DMB 서비스 등 다양한 신규 유사 서비스가 출현함으로써 서비스 초기 수요창출에 애로점이 생길 수가 있다. 따라서 빠른 서비스 개통과 안전적이고 저렴한 서비스 제공의 통해 시장을 선점해 나가야 할 것이다. WiBro가 상용서비스가 개시되더라도, 컨텐츠 부족으로 서비스 활성화 저해 가능성 존재한다. 현재 유선인터넷에 비하여 무선인터넷 컨텐츠는 매우 빈약해 WiBro와 같은 광 대역 무선인터넷에 적합한 서비스를 조기 발굴 해야 할 것이다.해외의 경우 대부분 유선 초고속인터넷 보급이 저조한 지역을 대상으로 소규모의 고정형 무선 초고속인터넷 서비스 제공하기 때문에 국내․외 wibro 서비스 초기시장 협소로 장비 단가 상승 및 요금 경쟁력 저하 우려가 있다. 따라서 적극적인 wibro 서비스의 세계 시장 확대 실시와 수요창출을 통해 개선해 나가야 할 것이다. WiBro는 세계 최초로 광 대역 OFDM 기반의 기술을 이동통신 분야에 본격적으로 적용하는 서비스로 다수의 국내․외 Vendor 미 확보로 기술개발 위험성 있어 새로운 기술의 이동통신 분야 적용으로 기술개발의 위험성 및 이로 인한 상용서비스 지연․실패하는 우려가 있다. 끊임없는 기술 개발 및 시험을 통해 해결해야 될 것이다.결론정보 통신기술의 고속 대용량화, 가입자들의 편의성 추구, 데이터통신에 대한 수요 증대 등으로 사업 영역 간 통신이 중요시되면서 휴대인터넷이 새로운 시장기회로서 부상하고 있다. 초고속인터넷 서비스와 이동전화서비스가 우리나라의 PC를 비롯한 정보기기산업과 이동전화단말기를 세계적인 수준으로 발전시킨 만큼 통신 관련기기 산업의 경쟁력을 제고시킬 것으로 전망되며, 서비스와 기기의 상호 발전을 통한 경쟁력확보는 향후 IT수출 증대로 이어질 것으로 예상된다.휴대인터넷 서비스가 성공적으로 제공되기 위해서는 휴대인터넷 기술표준화에 적극 참여하여야 한다. 소비자의 서비스 요구에 대한 능동적인 대응이 필요하다. 통신서비스 산업의 유효 경쟁체제를 통한 시장의 기술혁신이 가속화될 수 있는 환경제공이 고려되어야 할 것이다.감사합니다{nameOfApplication=Show}

공학/기술| 2008.04.10| 20페이지| 1,500원| 조회(750)

인터넷, 과학, 무선, wibro, 전송속도

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재료시험법, 인장, 재료공학, 신소재,

재료시험법 - 인장시험목 차1. 서 론2. 이론적 배경3. 실험방법4. 실험결과 및 고찰5. 결 론참고문헌1. 서 론재료가 정적 인장하중을 받을 경우에 나타내는 재료의 제성질은 재료의 기본적인 기계적 성질을 대표하는 것으로 설계시에 기본적인 값으로 사용할 때가 많다.인장시험은 단축상태의 인장하중을 가하여 재료의 기계적 성질인 항복강도(yield strength), 인장강도(tensile strength) 및 연신율(elongation), 이외에 비례한도, 탄성한도, 탄성계수, 진파단력, poisson 비 등도 얻어진다. 재질특성 파악의 효율성과 시험절차의 용이성 등으로 인해 재료 시험 중 가장 널리 이용되고 있다. 이러한 관계로 인장시험은 세계 각국에서 일찍이 보편화 및 규격화되어 아래와 같은 업무에 활용된다.- 각종 재료의 재질 개선을 위한 연구- 생산 공장의 품질 검사 및 관리- 기계 부품 및 구조물에서 강도 및 가공성의 적합성 판단- 프레스 가공품에서 개략적인 성형가부 판단- 컴퓨터 시뮬레이션에 사용될 소재의 물성 산출 및 Data Base화 등재료의 인장시험을 통하여 시편의 제작, 시험기의 구조와 원리, 결과의 산출, 시험 과정등을 익히고 이론과 실습의 접목에 그 주목적이 있다고 할 수 있다.2. 이론적 배경2.1 응력과 변형률비행기 날개, 자동차 축과 같은 대부분 구조물 부품들의 필수 요건은 응력이 작용할 경우 파손 등 큰 손상을 당하지 않아야 된다는 것이다. Fig. 1은 여러 가지 다른 종류의 재료들이 응력을 받을 때 각각 어떻게 반응하는지 나타내고 있다. 우선 각각의 재료의 간단한 인장시험을 하고, 탄성 변형을 일으키는 응력을 측정한다. 작용된 응력이 제거된 경우 시편의 길이가 시험 전의 길이로 되돌아 갈 정도의 작은 응력을 택하여 실시한다. 재료에 따라서 소성변헝이 발생하는데 필요한 응력이 모두 다르지만 여기서 우리가 알고자 하는 것은 일정한 크기의 탄성변형에 필요한 응력이 재료마다 얼마나 다른가를 비교하는 것이다. 이것이 중요하게 다루어지는 거나 구부리면 모양이 자유롭게 변한다. 그러나 이러한 구리도 아주 작은 응력이 작용될 경우에는 탄성변형을 하며 그 응력이 제거되면 본래의 길이로 되돌아간다. 구리의 경우, 탄성변형을 발생시키기 위해서는 표점거리 lin.의 시편을 0.000lin.(0.01%) 늘려야 하는데, 이 때 응력은 1600psi(11.04MPa)가 필요하다.열처리로 강화된 강의 경우 탄성범위 내에서 0.01%의 변형을 발생시키자면 3000psi(20.7MPa)의 응력이 요구된다. 이는 이 강이 강화되었기 때문이 아니고, 철계 재료의 기본적인 특성이기 때문에 생기는 현상이다. 즉 철의 경우 구리에 비하여 원자의 결합강도가 더 강력하기 때문이다.구리의 경우, 응력이 10,000psi(69MPa)까지 증가하면 상당한 소성변형이 발생한다. 응력이 30,000psi(20DMPa)까지 증가하면(lin 표점거리가 0.45in 늘어난 것에 해당) 약45%의 연신율이 발생되고 시편은 연성 파괴된다. 이에 대조적으로 강화된 강의 경우에는 구리에 비하여 매우 높은 응력이 250,000psi(1,725MPa)에 겨우 4%의 연신율이 발생되고 이 때 파괴가 발생되는데 더 적은 연성파괴의 특성을 보인다.응력, 변형률 그리고 탄성계수에 대하여 정의하면, 우선 공칭응력 S와 공칭변형률 e를 정의하면,공칭응력 S = 하중 / 최초단면적 = P / A0S의 단위는 psi 또는 파스칼(N/m2 )이라 부른다. 죽 1N/m2 = 1Pa이다.공칭변형률 e = 길이 { 변화 / 초기의길이 } = Δl / l0e의 단위는 무차원으로 in./in. 또는 m/m이다.주어진 응력에 의하여 발생된 탄성변형 사이에 직선적 관계가 있다는 사실로부터 탄성계수 E를 정의할 수 있다.E = S / e탄성계수 E의 단위는 psi 또는 N/m 2 (Pa)이다.응력을 충분히 낮은 값으로 유지하면 이 때 얻어지는 변형은 원칙적으로 탄성변형이고 이 때 E는 상수이다. 모든 재료들은 각각 고유의 탄성계수를 갖고 있다. 즉 모든 강은 E = 30×106 성변형 이외의 또 다른 형태의 소성변형이 쌍정변형이다. (Fig. 2) 이 변형은 일반적으로 HCP 결정 금속의 경우에 중요한 현상인데, 이 경우에는 소성변형이 {0001}면 하나에서만 발생하기 때문이다. 만일 이 면이 인장축방향에 수직인 상태이면 전단응력성분은 없고 쌍정이 생기지 못한다면 결국 취성파괴가 발생될 것이다. 소성변형과 쌍정변형의 중요한 차이점은, 소성은 원자의 이동이 한 원자면내에서 일정한 거리를 이동하는 반면에, 쌍정은 원자의 이동거리가 쌍정의 경계로부터 멀어질수록 길어진다는 것이다. 쌍정은 BCC와 HCP 결정내에서 가장 흔히 발생되는 현상이다. 쌍정변형은 소성변형보다 대단히 빠르게 발생된다. 그러므로 만일 충격하중을 가하면 슬립밴드보다는 기계적으로 생성된 쌍정을 보게된다. FCC 결정구조에서는 일반적으로 냉간가공된 것을 가열(어닐링)할 때 쌍정이흔히 발생된다.Fig. 2 정방정격자 내에 쌍정경게에 평행하게 작용하는 전단응력에 의한 쌍정.(점선은 쌍정 전의 격자위치를, 실선은 쌍정 후의 격자위치를 나타낸다.)경우에 따라서는 소성변형과 쌍정변형의 차이를 쉽게 알아보기 어려울 때가 있다.Fig. 3 (a) 슬립이 발생하는 단결정 모형 (b) 단결정에서 발생되는 쌍정변형Fig. 3은 소성변형을 받은 2개의 단결정을 보여주고 있는데, (a)가 소성변형된 모양이다. 그림에서 슬립으로 만들어진 각 단층은 두께가 약1000개의 원자층 정도이며 각 층은 원자면끼리 상대적으로 미끄러져서 만들어진 것이다. Fig. 3 (b)는 쌍정변형의 특성을 보여준다. 상하의 쌍정경계 내의 원자들은 경계면으로부터의 거리에 비례한 길이만큼씩 모든 원자층이 이동한 것을 보여주고 있다.2. 4. 공칭응력-변형률 곡선Fig. 4. Stress-Strain Curve응력-변형률선도상의 각 점은 다음과 같은 특성을 나타낸다.① 비례한도(Proportional limit) : 응력에 대하여 변형률이 일차적인 비례관계를 보이는 최대응력.② 탄성한도(Elastic limit) : 비례한도 eld point) : 응력이 탄성한도를 지나면 곡선으로 되면서 응력이 증가하다가 하중을 증가시키지 않아도 변형이 갑자기 커지는 지점이 발생하는데 이를 상 항복점이라고 한다. 이때 금속 내부에 슬립으로 인하여 소성유동이 생겨 큰 내부 전위를 일으키면서 하항복점이 발생하는데, 하항복점을 지나면 영구변형은 더욱 증가한다. 일반적으로 항복점은 하 항복점을 의미한다.⑤ 0.2% 항복 강도 : 동, 알루미늄과 같이 항복점이 확실치 않은 재료에서 0.2%의 영구 변형률을 가지는 점을 항복점 대신으로 생각하는데 이것을 0.2% 옵셑 항복강도 또는 내력(0.2% offset yield strength or proof stress)이라고 한다. 일반적으로 연강 이외의 금속재료들은 뚜렷한 항복점이 나타나지 않는다.⑥ 인장 강도, 극한 강도(Ultimate strength) : 시험편이 절단되었을 때의 하중 즉, 최대 인장 하중을 시험편 평행부의 원단면적으로 나눈 값, 재료의 강도는 단면적에 대한 저항력으로 표시된다. 항복 점을 지나면 재료는 경화(hardening)현상이 일어나면서 다시 하중을 증가시켜야 변형이 증가하고 어느 일정한 하중이 지나면 시편에 국부적 수축현상이 나타나며 하중을 감소하며 변형은 증가한다. 시편에 가하여진 최대 하중을 원 단면적으로 나눈 값을 인장강도라 한다. 또한, 인장 시편이 견디는 최대하중을 인장하중이라 한다.⑦ 연신률(Elongation) : 시편이 파단 되기까지 생기는 전체 늘어난 양을 원래의 표점거리로 나눈 값이다. 인장시험시 시험편이 파괴되기 직전에 있어 표점거리를 측정하고, 늘어난 후의 길이를 L`(mm)와 처음 표점거리 L(mm)와의 차를 처음의 표점거리 L로 나눈값을 백분율(%)로 나타낸 것을 말한다.연신률 = 파단시의 총변위/표점거리 X100⑧ 단면 수축률 : 단면적과 파단 시의 단면적과의 비를 의미한다. 원형단면의 경우 파단 후의 단면이 원형이 아니므로 긴지름과 짧은 지름을 측정하여 단면적을 구한다. 을⑨ 내력 (Yield Stren시험장비Fig. 8 인장시험기Fig. 8에 시험에 사용된 인장시험기를 나타내었다. 만능 시험기라고도 불리며 서보 유압시스템에 의한 최대 하중 25톤의 동적 재료시험기로서 금속, 세라믹, 플라스틱 복합재 등 구조재료의 각종 기계적인 물성치 (인장, 압축강도)측정에 사용된다.주요 용도로 인장, 압축시험에 의한 재료의 탄성 및 소성 특성 측정, 압축 하중에 대한 금속 및 복합재료 구조물의 좌굴거동 측정, 반복 하중에 의한 재료의 피로 및 파괴거동 측정, 미세균열에 의한 합금, 금속재료의 파괴인성 측정등이 있다.3. 3 시험절차 및 데이터 측정시험 절차1) 시험전 시편의 치수 측정2) 시험기의 영점 조정3) 시험 속도의 결정4) 항복 강도의 결정법항복강도를 결정하는 법으로는 옵셋(offset)법과 EUL(extension-under-load) 법이 있다.a. 옵셋법옵셋법으로 항복강도를 결정하기 위해서는 응력변형률선도의 데이타를 그래프나 수치값으로 저장하고 있어야 한다. Om만큼의 옵셋에서 OA와 평행하게 직선 mn을 긋고, 응력변형률선도와 직선 mn과의 교점이 항복점으로 한다. 옵셋법으로 항복강도를 결정할 때에는 옵셋값을 표시해 준다. ex) 항복 강도(offset=0.2%) = 360MPab. EUL 법5) 항복점의 결정법a. 불연속 항복을 할 경우ㄱ. Halt-of-the-Load 법일정한 변형 속도로 시편에 하중을 가하면 재료의 항복점에 도달하였을 때는하중의 증가가 멈추게 된다. 이와 같이 하중의 증가가 멈추었을 때의 하중을 항복점으로 한다.ㄴ. Autographic Diagram 법Autographic 장비를 사용하여 응력-변형률(하중-연신률)선도를 얻는다. 이 선도로부터 불연속적인 항복이 시작되는 최대값을 항복점으로 한다.b. 시편의 항복점을 위의 방법으로 구할 수 없을 때ㄱ. 변형률 속도법게이지 마크 부위에 변위계(extensometer)를 부착하고, 일정한 속도로 하중을 올린다. 변위계 신호로부터 시편의 연신률을 관찰하고 연신률이 갑자기 증가하는 곳의 하

공학/기술| 2008.04.10| 17페이지| 1,500원| 조회(602)

인장시험, 재료공학, 재료시험, 인장, 신소재공학

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고분자

◎ 고분자(Polymer)의 정의○ 고분자(polymer)는 분자량이 큰 물질[단량체(monomer)들이 중합반응을 통해 서 이루어진 거대분자]을 말함.고분자 화합물은 독일어의 hochmolekulare verbindung에서 나온 말로서, 1930년대 초반에 H.슈타우딩거가 천연고무나 셀룰로오스가 분자량이 큰 분 자로 구성되어 있음을 밝힌 데서 명명되었다.○ 특징● 금속보다는 화학 약품에 강하다.● 가공이 쉽다.● 저렴하다.● 낮은 온도에서는 사용이 제한된다.● 열팽창이 일정하지 않다.● 낮은 강도와 탄성률을 가진다.● 낮은 열 전도성 및 전기 전도성을 지닌다.◎ 열에 대한 반응에 따른 분류○ 열가소성 수지(thermoplastics)● 가열하면 점성이 큰 액체가 되며, 이를 가열과 냉각에 의해 가역적으로 반복 할 수 있다.● 열에 약하고 내화학성, 유리전이온도(Tg)가 낮다.● 팽창성 및 수축성이 크다.● 구조적으로 선형 형태를 하고 있다.● 성형방법 : 가열 후 금형이나 다이(die)를 이용하여 일정형태로 만든 후 냉각● 종류 : PTEE ┏ HDPE, PS, PP, RET┕ LDPE, PVC, Nylon, PC○ 열경화성 수지(thermosets)● 가열하면 점성이 큰 액체 형대로 흐르나, 열이 가해지는 동안 경화 반응에 의해더 이상 반응하지 않으며, 열분해 이상으로 가열될 경우 사슬의 분해가 일어남.● 경화가 되는 것은 분자들이 서로 연결되어 망상구조를 갖으며 서로 연결되므로 한번 굳으면 다시 녹지 못한다.● 열과 내화학성에 강하다.● 수분 및 부식 저항성이 우수하다.● 가교결합에 의한 망목구조로 되어있다.● 성형이 복잡, 선구 물질을 금형에 사출한 뒤 가열하여 원하는 형태에서 가교반응 을 시킨 후 냉각시켜 금형에서 분리● 종류 : Epoxy, polyamide, polyurethane, phenolic, silicone○ 열방성 수지● 가열에 의해서 용융된 후 액정고분자를 형성하는 수지● TLCP 라고 함◎ 합성방법에 따른 분류○ 축합중합(Condensation pdymerization)분자들의 반응이 단계적으로 일어나며, 각 단계에서는 일반적으로 물과 같은 작은 저분자 화합물이 부산물로 생성 된다.○ 첨가중합(Addition polymerization)단분자들이 서로 연결되어 고분자를 형성하며. 어떠한 부산물도 형성되지 않는다.촉매를 사용한다.○ 단일중합체(homopolymer)단일중합체는 하나의 반복단위가 한 종류로 중합된 경우를 뜻한다.즉, AAAAAAAAAAAAAAAAAAA의 구조로 결합된 경우이며, 규칙적인 배열을 갖는다.○ 공중합체(copolymer)공중합체는 고분자의 반복단위가 2개 이상이 일정한 배열로 나열된 구조의 polymer 를 뜻한다. 단위체 A와 B가 공중합체를 이룬다면 다음의 4가지로서 공중합체의세부적인 특성과 형태가 구분된다.○ 교대공중합체(alternating copolymer)두 종류의 반복단위가 아래와 같이 교대로 반복되는 경우로 선형고분자이다.즉, ABABABABABABABABABA○ 불규칙공중합체(random copolymer)두 반복단위가 A와 B인 경우 아래와 같이 불규칙하게 배열되며 선형구조를 가진다.즉, BAAABBABABBBABBAAAB○ Block 공중합체A의 반복단위로 된 블록과 B로 된 블록이 연결 된 경우로 선형고분자를 형성한다.즉, AAAAAAAAABBBBBBBBBB이때 A의 몰수가 B의 몰수 보다 크며, 몰수가 큰 반복단위를 먼저 쓴다.○ Graft 공중합체A로 구성된 선형의 단일 중합체가 주 사슬을 구성하며, B로 구성된 단일 중합체가 주 사슬에 결합되는 공중합체이다.| | | || | | |◎ 사슬 구조에 따른 분류Ⅰ. 선형고분자(linear polymer)관능성 단량체들이 선형으로 연결된 것으로, 사슬의 길이가 길고 유연하며 일차원 구조를 가진다.물리적 성질은 불에 매우 약하여 가소성이고, 혹은 수분에 의하여 쉽게 늘어날 수가 있다. 또한 화학약품에 반응할 경우, 접촉 면적이 상대적으로 넓어, 쉽게 변성이 되 기도 한다. 그러나 이러한 성질은 고분자에 있어서 성형이 자유롭게 일어날 수 있다.열가소성수지가 대표적이다.ex) 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 나일론 등Ⅱ. 가지친 고분자(branched polymer)단량체가 연결된 사슬의 중간에 또 다른 단량체의 사슬이 연결된 것. 한마디로 선형 고분자의 단순한 결합체이다. 화학적, 물리적 특성은 선형 고분자와 거의 흡사하며, 가지의 수에 따라 탄성률, 충격강도, creep, 용융점도 등의 물성에 차이가 난다. 같 은 고분자 물질이라도 배열과 결합위치가 다르면 물성도 다를 수 있다는 것을 의미하 게 하는 구조이다. 열가소성수지가 대표적이다.ex)저밀도 polyethyleneⅢ. 가교 고분자(crosslinked polymer)선형 고분자형 구조와 가지 고분자형 구조가 얽혀서 이루어진 구조이다. 보통 한 고 분자에 다른 물질이 첨가되어 그 첨가 원소가 각 선형 고분자에 가교를 놓아, 그물모 양의 복잡한 가교가 드리워진 형태를 띄게 된다. 연결된 고분자는 화학적으로나 물리 적으로나 선형 및 가지형 고분자보다는 상대적으로 강한 특성을 보인다.열경화성수지가 대표적이다. 성형이 어렵고, 녹지는 않고 타거나 단단하게 굳는다. 또한 그물구조 사이에 수분이나 기타 용매가 흡수되어, 용해가 잘 이루어지지 않고, 습윤한 상태에서 팽윤(swelling)이 일어난다.ex)phenol수지, epoxy수지, 가황고무Ⅳ. 사닥다리형태의 고분자(ladder polymer)두개의 선형 고분자가 규칙적으로 연결될 경우에 얻어진다.일반적으로 선형 고분자보다 강성이 더 좋다.◎ 고분자 결합의 특징○ 공유결합결합에 관여하는 각 원자가 같은 수의 원자가 전자를 내놓고, 이것을 두 원자가 공유 함으로써 이루어지는 결합전자들이 두 핵 사이에 존재하며 핵과 전자 사이의 인력에 의해 결합력이 유지된다.○ 비극성 공유결합공유결합을 형성하는 두개의 원자가 동등하게 전자쌍을 공유하는 결합.○ 극성 공유결합전기 음성도가 다른 두 원자 사이에 공유결합이 이루어질 때는 공유 전자쌍이 전기 음성도가 큰 원자 쪽으로 치우치게 되는 결합.비극성 공유결합과 이온결합의 성질을 동시에 가짐.○ 이온결합극성 공유결합에서 두 원자 간의 전기 음성도 차이가 클수록 한쪽으로 치우치게 되는 데, 이때 극단적 경우에 한쪽으로 완전히 끌러오게 되어 생기는 결합.○ 쌍극자간 결합두 개의 극성분자가 배향함에 의해서 정전기적으로 작용하는 인력○ 수소 결합쌍극자간의 결합의 특이한 유형불소, 산소, 질소원자와 공유결합을 하고 있는 수소원자가 또 다른 불소, 산소, 질소 원자와 정전기적 인력에 의래서 상호작용 할 때 발생.● 수소결합이 다른 쌍극자간의 결합보다 강한 이유?최외각 전자 외에는 없기 때문에 수소 핵이 다른 전자쌍에 가까이 접근 할 수 있다.수소원자와 두 번째 다른 원자 사이에 약한 공유결합이 형성되기 때문이다.○ van der Waals 결합비극성 분자 사이에 작용하는 인력.분자 내에서 전자들은 고정되어 있지 않고 계속해서 운동을 하기 때문에 전하의 분포 는 미약하지만 계속 변하게 되고, 순간적으로 미소한 크기의 쌍극자가 형성된다.◎ 고분자의 기계적 성질○ 유리전이온도유리전이 상태에서의 고분자의 물성변화1) 유리전이온도에서 온도를 높일수록 탄성률은 급격히 작아진다.2) 유리전이온도에서 온도를 높일수록 흡열반응이 잘 일어난다.3) 유리전이온도는 냉각시키는 경우, 그 냉각 속도에 따라 다른 수치로 나타난다.4) 냉각할 경우 유리전이온도에서 그 점성은 급격한 증가를 보인다.5) 유리전이온도에서 급냉과 서냉에 따라 그 비체적의 변화의 정도가 다르다.6) 분자간 인력이 클수록 유리 전이 온도가 높아진다.○ 응력-변형 거동elastomer의 경우 넓은 범위에서 특징적으로 탄력현상이 일어난다.이유는, 응력이 적용 하에 뒤얽힌 사슬들이 쉽게 재정리되기 때문이다.고분자가 금속 및 세라믹과 상이한 다른 점은 영률이 상당히 온도에 의존한다는 것이다.위 그림에서 Tg온도 이상에서 영률 값이 현저히 떨어지며, 고분자는 고무의 거동을 나 타낸다.○ 열팽창고분자는 일반적으로 금속과 세라믹보다 더 높은 열팽창성을 지닌다.그리고 열팽창계수는 일정하지 않다.○ 결정화도고분자는 긴 사슬구조로 인하여 뒤틀리고 뒤얽혀 있어서 완전한 결정구조를 얻을 수 없다.반면 작은 group을 갖거나 side group을 갖지 않는 선형 분자들은 쉽게 결정을 이룬다.고분자의 강도 및 경직성에 영향을 준다.◎ 고분자의 기계적 시험○ 점탄성(viscoelasticity)특수하게도, 고분자는 점성(viscosity)과 탄성(elasticity)이 온도에 따라 같이 나타나기 때문에 점탄성(viscoelasticity)으로 나타낸다. 그 이유는 분자구조 자체가 긴 사슬 모 양이기 때문이다. 비단 온도뿐만 아니라 polymer에 힘을 가하는 시간의 차이에 따라 서도 그 차이는 현저하게 나타난다. polymer의 분자운동시간과 외부에서 가해지는 힘 의 작용시간이 연관되는 것임을 알 수 있다.○ 파괴파괴는 점탄성 성질에 기초를 두어, 온도와 변형속도와 지대한 관계가 있다.1) 취성파괴.파괴가 일어날 때까지 직선적으로 응력이 작용하여 항복점(yield point)이 없이 파 괴되는 거동. epoxy 수지 및 polystyrene 등, 유리성 고분자의 파괴 형태이다.2) 연성파괴.인장 시키면 항복점을 지나 계속 길게 늘어나는 거동. 결정성 고분자, 등이 이에 속한다. 연성이란 힘을 가하면 계속 늘어나는 성질이므로, 어느 정도 금속성을 띠 는 물질임을 알 수 있다.3) 냉연신항복점을 지난 소성작용.4) 피로(fatigue).주기적 응력에 의한 파괴.○ 크리프 시험일정한 응력을 가하면서 시간 변화에 따른 변형의 변화를 측정하는 방법○ 응력완화 시험시편에 순간적으로 외력을 가하여 일정한 길이만큼 변형시킨 다음 길이를 일정하게 고정한 후 시간에 따른 응력의 변화를 측정하는 방법○ 응력-변형 시험기계적 물성을 측정하는 가장 일반적인 방법● 항복점?변형이 증가함에 따라 응력이 증가하다가 탄성한계를 초과하면 응력이 오히려 감소 하는 점.

공학/기술| 2006.11.27| 8페이지| 1,000원| 조회(598)

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