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기초재료및실험 - 경도 측정

기초 재료 및 실험6. Hardness(경도) 측정1.실험제목Hardness(경도) 측정2.실험목적미소경도계(비커스 경도계)의 측정법을 익히고, α-brass 시편과 Al 시편의 경도를 측정해본다.3.이론적배경-Hardness-StrengthHardness(경도)는 물질 표면의 단단함과 무른 정도를 나타내는 것으로 일반적인 경도에 대한 개념은 ‘무르다’, ‘딱딱하다’ 라는 경험에 바탕을 둔 것으로서 가장 일반적인 정의는 압입에 대한 저항으로 표현되나 정확한 것은 아니다. 그 이유는 경도는 재료의 물리적 성질에 직접 연관이 되는 물리상수가 아니라 인위적으로 정한 공업상수이기 때문이다. 거시적인 경도는 일반적으로 강한 분자 간 결합을 특징으로 하지만, 힘을 받는 고체 물질의 거동은 복잡하기 때문에 정확히 알기 어렵다. 경도를 쉽게 설명하자면 광물이 있을 때, "얼마나 단단한가? 무른가?" 그 상대적인 차이를 말한다. 예를 들어, 점토를 이용해 처음 도자기를 만들 때, 표면이 매우 물러서 살짝 건드리기만 해도 표면에 자국이 남는다. 하지만 고온에서 잘 구워서 경도를 증가시킨 도자기는 손으로 긁어도 아무 자국도 남지 않는다.strength(강도)는 물질 전체가 단단한 정도로, 재료에 하중이 걸린 경우, 재료가 파괴되기까지의 변형 저항을 그 재료의 강도라고 한다. 강도의 종류로는 인장강도·압축강도·굽힘강도·비틀림강도 등이 있다. 인장강도는 시험편을 서서히 잡아당기는 인장시험으로 측정하며, 압축강도는 짧은 기둥모양의 시료에 축 방향으로 압축하중을 가하여 측정한다. 비틀림 강도는 둥근 기둥모양의 시료가 비틀림에 의해 파괴되었을 때 가해진 비틀림 모멘트로부터 계산에 의해 구한다.Hardness-Strength의 차이를 비교, 설명해보자면 유리와 손톱을 서로 긁으면서 문질렀을 때, 유리는 표면에 아무 자국이 남지 않고, 손톱에만 흠집이 난다. 유리의 경도(표면의 단단함)가 손톱보다 크기 때문이다. 하지만 유리와 손톱을 망치로 쳤을 때, 유리는 깨지고 손톱은 깨지지 않는데, 그여러 가지가 있지만, 크게 ① 압입 경도측정(Indentation Hardness Test) ② 긋기 경도측정(Scracth Hardness Test), ③ 반발 경도측정(Rebound Hardness Test)가 있다. 가장 일반적인 방법은 압입 경도측정으로서 다음과 같이 대표적인 4가지가 있다.1. 브리넬 경도기(Brinell hardness)브리넬 경도기는 강구의 압자를 일정한 시험하중으로 시편에 압연 시켜 시험하는 경도 시험기이다. 브리넬 경도는 지름이 D mm인 강구를 재료에 일정한 압력으로 누르고, 이때 생기는 우묵한 자국의 크기로 경도를 나타낸다. 즉, P kg으로 눌렀을 때 지름이 D mm이고, 깊이가 h mm인 우묵한 자국이 생겼다고 하면, 브리넬 경도 HB는 HB=P/πDh로 표시된다.- 압자 : 동구(5㎜ 또는 10㎜)- 하중 : 500㎏ 또는 3000㎏, 압입자국의 지름이 동구지름의 0.2~0.5배가 되도록 설정한다.- 경도표시법 : HB = P (㎏/㎟)π×D×{ D- D2-d2 } 2- 시편 : 두께 > 압입자국 깊이의 10배, 폭 > 4d, 측정점- 사이의 거리 > 4d, 측정점의 테두리로부터의 거리 > 2d- 특징 : 큰 시편에 적용되며, 평균값을 얻을 수 있어 표면의 영향이 크지 않다.2. 로크웰 경도(Rockwell hardness)로크웰 경도는 지름이 1.588 mm인 강구를 누르는 방법과 꼭지각이 120 °, 선단의 반지름 0.2 mm인 원뿔형 다이아몬드를 누르는 방법의 2가지가 있다. 전자를 로크웰 경도치 B스케일(HRB), 후자를 로크웰 경도치 C스케일(HRC)이라고 한다. 로크웰시험기는 이 양쪽의 경도 수가 직접 시험기의 다이얼에 지시된다. 강구 또는 다이아몬드제의 원추를 시험편에 압입할 때 생기는 압흔의 깊이로 나타낸다. 1919년에 S.P.록웰이 베어링의 레이스 경도를 측정하기 위해 고안한 것을 C.H.윌슨이 시험기를 제작함으로써 실용화되었다. 시험편 위에 일정한 하중으로 압자를 세게 눌러, 움푹 팬 깊이를 측정하고로크웰경도 는 HR＝A－500 h 이다. 여기에서 A는 정수인데 다이아몬드 압자일 경우는 A＝100, 강구일 경우는 A＝130이 된다. 단단한 재료일 때에는 하중 150kg, 꼭지각 120 °, 선단 반지름 0.2mm의 원뿔형 다이아몬드로 된 압자를 사용하고, 연한 재료일 때에는 하중 100kg, 지름 4.23mm의 강구로 된 압자를 사용하는데, 전자를 C 스케일, 후자를 B 스케일이라고 한다.이 밖에 시험하중, 기준하중이 다른 시험 방법도 있다. 록웰경도의 수치는 모두 시험기의 눈금으로 지시되는 간편한 측정법이므로 공업적인 많은 제품의 신속한 측정이나 시험에 널리 사용된다.- 압자 : 1/6″동구(B), 120° diamond cone(C와 A)- 하중 : 예비하중 10㎏, 주하중 60㎏(A), 100㎏(B), 150㎏(C)- 경도표시법 : HRA, HRB, HRC, 예비하중 → 주하중 → 예상하중으로 하였을 때의 압입자국 깊이의 역수(1/500㎜에 1눈금)- 특징 : 신속하며, 측정하는 사람에 따른 오차가 적으며, 시편이 작고 밀도가 크다.3. 비커스 경도(Ⅴickers hardness)대면각 136°인 피라미드형 다이아몬드 압자를 재료의 면에 살짝 대어 눌러 피트(pit:들어간 부분)를 만들고, 하중을 제거한 후 남은 영구 피트의 표면적으로 하중을 나눈 값으로 나타내는 경도를 비커스경도이다. 비커스경도는 하중을 Pkg, 피트의 대각선의 길이를 dmm라 하면, 비커스굳기 H v는 H v=1.854 P/d2이 된다. 피트가 닮은꼴이 되므로 하중의 크기에 관계없이 경도의 수치가 일정해지는 것이 특징이다.하중의 크기를 아주 작게 하면 제품의 면에서 직접 경도를 측정 할 수가 있다. 미소비커스경도계는 피트가 아주 작으므로 시험면의 경도분포를 구하거나 금속조직의 작은 부분의 경도를 구할 때에도 사용된다.- 압자 : 136° diamond pyramid- 하중 : 1㎏~120㎏(현미경 계측계의 눈금이 200~500사이에 오도록 한다.)- 경도 표시법 : Hv = 하중편이 작고, 적용할 수 있는 경도의 범위가 넓다.4. 미소 경도① Micro-Vickers경도 : Vickers 경도의 하중을 10㎏~1㎏의 범위에서 행하는 것으로서, 미소 경도시편, 표면적, 조직에 상당하는 미소부분의 경도 측정이 가능하다.② Knoop 미소 경도 : 경도계는 Micro-Vickers경도계와 병용할 수 있다.- 경도 표시법 : Hk = P = 14.2P A L2- 특징 : 측정 감도가 높고, 표면적, 박판 등의 경도 측정에 좋다.4.실험장비Al Alloy, α-brass, SIC Paper, 비커스 경도계, 버니어 캘리퍼스비커스 경도계5.실험과정1.Al Alloy, α-brass 시편을 SIC Paper로 면을 고르게 한다.2.미소경도계에 시편을 올려놓고, Diamond로 시편 한쪽 면에 자국을 낸다.3.렌즈를 통해 α-brass와 Al Alloy의 면에 표시된 자국을 다이얼을 통해 기준을 잡아준다.4.자국의 가로 세로의 길이를 찍어준다.5.평균값을 낸다.6.실험결과Al Alloy 시편의 경도 측정 값 (단위 : HV)Al Alloy 시편1차2차3차평균 값가로 측정 값77.374.172.274.53세로 측정 값78.976.181.778.90(가로+세로)/270.175.176.9574.05α-brass 시편의 경도 측정 값 (단위 : HV)α-brass 시편1차2차3차평균 값가로 측정 값129.2125.8132.7129.23세로 측정 값200.5198.2196.8198.50(가로+세로)/2164.85162164.75163.877.고찰 및 결론Hardness(경도)는 물질 표면의 단단함과 무른 정도를 나타내는 것이다.거시적인 경도는 일반적으로 강한 분자 간 결합을 특징으로 하지만, 힘을 받는 고체 물질의 거동은 복잡하기 때문에 정확히 알기 어렵다. 경도 측정 실험 시에 비커스 경도계를 사용하여 실험을 하였는데, 비커스 경도 측정은 대면각 136°인 피라미드형 다이아몬드 압자를 재료의 면에 살짝 대어 눌러 피트(pit:들어간 부분)를 만들고, 하중 다이얼을 통해 기준을 잡아주고, 하중을 나눈 값으로 경도를 측정했다. 실험결과에서 Al Alloy 시편과 α-brass 시편의 경도가 서로 다르다는 것을 알 수 있다. 그 이유는 Al Alloy 시편과 α-brass 시편이 면심입방격자구조(Face Centered Cubic lattice)로 이루어져 있기 때문에 전기전도도가 크며 전성, 연성이 크지만 격자 구조가 서로 다르기 때문이다. 경도는 원자 간의 결합에너지와 분자의 격자구조의 의해서 결정된다. 원자 간의 결합(공유결합, 금속결함, 이온결합, 수소결합 등)에서 각 결합의 종류에 따라 결합력이 다르고, 같은 결합이라 해도, 원자 사이의 결합에너지가 달라지게 된다. 이럴 때 결합에너지가 큰 원자가 경도가 크게 나타난다. 분자 내의 격자구조는 그 구조의 조밀함과 단단함으로 인해 경도가 결정된다. 즉, 경도는 원자의 결합과 격자모양에 의해 결정되고, 분자간의 결합에 의해서는 결정되지 않는다.실험결과를 보면 α-brass 시편과 Al Alloy 시편의 1차, 2차, 3차 실험 값 마다 가로, 세로의 경도 측정 값이 차이가 난다. 폴리싱하는 과정에서 시편을 평평하게 만들었어야 했는데, 시편의 표면이 수평을 정확히 이루지 못해서, 측정할 때 마다 차이가 많이 났다. 그리고 경도를 측정하는 과정에서 시편의 표면이 평평하지 않아서 흔들렸는데, 그 때문에 측정결과에서도 오차가 발생한 것으로 보인다. 경도 측정을 하다가 다른 값에 비해 경도가 생각보다 크게 나오기도 했는데 그것은 미소경도계에 시편을 올려놓고 Diamond로 시편 한쪽 면에 자국을 낼 때, 제대로 고정시키지 않은 상태여서 살짝 공중에 떠 있는 상태로 자국을 냈기 때문에 경도가 크게 측정된 것이다. 또한 고정을 시킬 때 무리해서 쎄게 고정시키면 시편의 자국이 깊게 파여 경도가 약하게 측정 될 수도 있다. 경도 측정 시 다이얼로 가로, 세로로 기준을 잡아야 했는데, 특히 α-brass 시편과 경계가 모호하고 흐릿했다. 이는 흔들림 때문인데, 연마과정에서 시편을.

공학/기술| 2017.11.11| 6페이지| 1,000원| 조회(196)

Hardness, 경도 측정, 기초재료및실험

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기초재료및실험- grain size 측정

기초 재료 및 실험5. Grain Size 측정1.실험제목Grain Size 측정2.실험목적α-brass 와 Al의 grain size를 측정한다.3.이론적배경α-brass황동(Brass) 혹은 놋쇠라고도 부른다. 구리와 아연의 합금으로 비율은 대략 구리:아연이 6:4 혹은 7:3이다. 비율에 따라 6:4비율은 사륙황동, 7:3비율은 칠삼황동이라고 부른다. 이렇게 하면 구리의 색이 밝아지면서 노란 빛을 띠게 된다. 게다가 연성이 강해져서 가공이 쉬워지는데, 이 색깔이 금과 아주 비슷해서 주로 고급 악기나 장신구등에 쓰인다. 최근 들어 항균에 탁월하다는 것이 알려져 식기로써의 사용이 늘었다. 황동이 가장 많이 쓰이는 곳 중 하나는 탄피다. 연성이 좋기 때문에 깨지거나 찢어지지 않는데다, 적당히 항복강도가 높으면서도 탄성계수는 철에 비해 낮으므로, 황동은 탄피로서 가장 이상적인 재질이다. 특히 순간적인 압력변화는 크면서도 크기의 제약 때문에 두껍게 만들기는 힘든 소구경탄의 경우 대부분 황동으로 만들어진다. 황동은 청동이나 아연보다 연성이 좋다. 비교적 낮은 녹는 점 및 유동 특성 (1720 ° F, 조성에 따라 940 ° C, 900 내지 1650)은 황동을 비교적 용이한 재료로 사용하는 이유이다. 구리와 아연의 비율을 변화시킴으로써 놋쇠의 성질을 변화시켜 단단하고 부드러운 황동을 만들 수 있다. 황동의 밀도는 8.4 ~ 8.73g / cm3 (0.303 ~ 0.315lb / in)이다.황동은 강자성체 가 아니기 때문에 강력한 자석 근처에서 스크랩을 통과시켜 철 스크랩과 분리 할 수 ??있다. 황동 스크랩은 수집되어 주조 공장으로 이송되어 용융되고, 빌렛으로 다시 채취된다. 빌렛은 가열되어 원하는 모양과 크기로 압출된다. 황동의 일반적인 부드러움은 절삭유를 사용하지 않고 종종 기계 가공이 가능하다는 것을 의미한다.Al알루미늄은 백색의 부드러운 금속으로 전기 전도성과 연성이 뛰어나 박이나 철사로 만들 수 있다. 시중에서 판매되는 알루미늄은 98.0~99.85%의 순중으로 보아 전형적인 경금속이다. 알루미늄은 반응성이 활발하여, 산과 염기 모두에 잘 반응하고, 공기와 급속히 반응하여 극히 안정된 산화알루미늄의 피막을 만들기 때문에, 피막이 있는 경우에는 피막이 산소 접촉 차단제 역할을 하므로 쉽게 반응시키기 어렵다. 철의 표면에 생기는 산화철(녹)과는 달리 산화알루미늄은 알루미늄을 공기로부터 차단하는 피막역할을 하여 더 이상 알루미늄이 산화되지 않게 돕는다. 이것을 이용한 표면처리 방법을 아노다이징이라 부른다. 알루미늄제 창틀을 보면 금속 특유의 광택과 미묘하게 다른 느낌이 드는데, 이것은 산화알루미늄이 알루미늄을 덮어버렸기 때문이다.알루미늄은 매우 가벼운 금속인 관계로 무게가 중요한 ACSR(강심 알루미늄 전선)등의 장거리 송전선, 비행기 및 기차의 동체 등에 주로 쓰이며, 각종 합금도 여러 분야에 많이 활용된다.강도자체는 철에 비해 떨어지지만 가벼운 금속이라 같은 중량으로 철보다 두껍게 만들 수 있다. 때문에 장갑차나 고속정의 상부 구조물 등에 자주 쓰인다. 또한 산화성이 높기 때문에 매우 높은 온도를 가하거나, 미세한 분말로 만들면 폭발적으로 연소한다. 덕분에 로켓 등 짧은 시간동안 엄청난 추진력을 내는데 사용되는 추진체의 연료로 많이 사용되고 있다.Etching에칭은 반도체 제작공정에서 포토 레지스트에 피복되어 있지 않은 산화 막을 제거하는 공정을 이른다. 산화 막 위에 도포 되는 포토 레지스트는 자외선을 받으면 노광된 부분에만 광경화가 생기고 그 후의 현상처리에서도 침상하지 않고 약품에도 부식되지 않는다. 웨트 에칭은 장시간 담가두면 포토 레지스트에 피복되어 있는 산화 막도 부식되는 결점이 있지만 산화 막 밑의 반도체 기판은 부식되지 않은 등, 부식선택성을 가지고 있어 널리 보급되고 있다. 이에 대하여 드라이 에칭은 일부 실용화되고 있으나 부식 선택성이 나쁜 등 결점이 있으므로 이 결점을 보완할 기술개발이 진행되고 있다.- Etching의 종류① Wet etching (습식 식각)Chemical을 이용하여 식각을 중에 녹아내린다. 약품에 산화 막을 적셔서 부식시킴으로써 에칭을 하는 것으로, 이산화규소를 불화수소산으로 부식시켜 제거하는 공정은 웨트 에칭의 대표적인 예이다.② Dry etching (건식 식각)화학 약품대신 Gas를 사용하여 Plasma상태에서 물리적 반응을 일으켜 식각하는 것을 말한다. 웨트 에칭에서 볼 수 있는 세로방향의 부식을 극히 억제할 수 있기 때문에 미세 패턴의 에칭에 적합하다. 드라이에칭을 하기 위한 장치로는 RIE(reactive ion etching)장치, RIBE(reactive ion beam etching)장치가 사용되고 있다.1) Wet etching① 반응 화학물질이 식각시키고자하는 물질 표면으로 공급② 표면에서 화학반응이 일어남③ 생성물질이 표면에서 떨어져 나옴- 특징· 일반적으로 등방향성(isotropic)· 절단한 웨이퍼의 표면 연마, 열 산화막 등을 성장시키기 전의 웨이퍼 세척· 최소 선폭 크기가 3μm 이상의 소자 제작 등에 주로 사용Dry etching의 기초 단계2) Dry etching① 플라즈마 안에서 반응 물질 생성② 식각될 표면으로 확산에 의해 이동③ 식각될 표면 속으로 흡수④ 화학반응(이온충격과 같은 물리적효과)에 의해 증발하기 쉬운 물질생성⑤ 이 물질이 표면으로부터 방출- Dry etching의 방법Physical etching ; 이온들이 에칭 대상 물질을 향해서 전계에 의해 가속된 후 충돌할 때 운동량 이전에 의하여 표면 마멸(닳아 없어지는) 현상이 일어나는 것이다.- 이온 식각 방법고 에너지를 가진 이온들을 식각 표면에 충돌시킴으로써 이들 입자들의 운동량이 전달되고 식각 물질의 결합에너지보다 커 결합이 끊어져 여분의 에너지에 상응하는 운동량을 가지고 표면을 이탈해 나오게 하는 식각이다. 일반적으로 이온빔 식각 (이온빔 밀링, 이온빔 스파터 링이라고도 함)과 RF 스파터 식각 두 종류로 대별된다.- 습식 식각과 건식 식각의 장점과 단점Wet etching(습식 식각)Dry etching(건식 식각)장점1. 비등방 식각을 통하여 정확한 패턴의 형성이 가능하다.2. 자동화가 가능하다.3. 공해가 적고 작업자의 안전도가 높다.단점1. 에칭 깊이가 깊을수록 단면 방향도 부식이 진행되기 때문에 정밀도가 높은 미세 가공이 어렵다.2. 약품의 온도에 따라서 에칭 속도가 변화된다.3. 방향성이 없고 정밀한 현상을 구현하기 힘들다.4. 식각용액이 비싸고 폐가스와 폭발 위험성이 있다.1. 공정 변수가 많고 복잡한 물리, 화학반응을 수반하므로 공정의 이해가 어렵다.2. 플라즈마 내의 이온 충격 등으로 인한 손상 및 오염의 문제가 있다.Grain size 측정방법Grain size 측정결정립의 형상은 매우 매우 다양하므로 3차원적으로 정확히 측정하기가 매우 어렵다. 결정립의 크기는 그 재료의 기계적 성질을 비롯한 각종 성질에 끼치는 영향이 크다. 따라서 결정립을 비교적 간단히 측정하기 위한 방법이 이용이 되고 있으며, 일반적인 결정립의 측정방법에는 서클법, 직경측정법이 있으며, ASTM 입도번호로도 결정립의 크기를 알 수 있다.-서클법사진 위에 정해진 직경의 원을 그린 후 원안에 들어가는 결정립의 수와 경계선에 걸리는 결정립의 수로 결정립의 평균면적을 구하는 방법으로 구하는 식은 다음과 같다.Fm = (Fk * 10^6) / ((0.67n + z) V^2) (um^2)위 식에서Fm : 평균 입자면적Fk : 사진 위의 측정면적z: 원 내부에 들어가는 입자 수n: 원호에 걸리는 입자 수V: 배율 이다.-직경 측정법현미경 사진 상에 선 1개의 길이가 L mm인 5-10개의 평형선을 긋고 선상의 결정립 수(z)를 세어 평균을 낸다. 이때 전부 들어가는 것만 세고 걸치는 것은 제외한다. 선의 수를 P, 배율을 V라 하면 평균 입자직경은 Dm = (L*P*10^3)/(zV) (um) 이다.-ASTM 입도번호100배로 확대한 사진에서 1 in^2 내의 결정립 수를 z 라고 하면, z = 2^(N-1)이 된다. 여기서 N 이 ASTM 입도번호이다. N으로 정리하면N = (logz/log2) +0)1 mm^2 당 결정립 수(*100)*************8*************1*************048ASTM 입도 번호 1은 100배 배율에서 1 in^2 당 결정립수가 한 개임을 뜻한다. 위 식을 미터법으로 고치면 z = 16*2^(N-1)이 되고, N = (logz/log2) -3 이 된다. ASTM입도번호에 따른 1 in^2 당, 1mm^2 당 결정립 수는 위 표와 같다.D.I water(증류수)증류수는 물을 가열시켜 나온 수증기를 다시 냉각시켜 정제된 무색, 무취, 무미의 액체를 말한다. 보통 수돗물 같은 물에는 유기물과 무기물 등이 포함되어있어 순수하지 않지만, 증류수는 거의 순수한 물(액체상태의 H2O)라고 봐도 무방하다. 우리가 흔히 알고 있는 물과는 조금 다르다. 엄밀하게 아래 항목 중 1차 증류수만이 증류수이다(증류된 물). 하지만 실제로 사용하는 사람들(주로 화학과)의 편의를 위하여 각각 1차, 2차, 3차, 4차 증류수라고 부른다.-1차 증류수 : 증류만을 거친 물을 뜻한다. 일부 산화물이 존재하며, 간단한 실험 또는 세척 용으로 사용된다.-2차 증류수 : 1차 증류수를 한번 더 증류한 물이다.-3차 증류수 : 증류, 활성탄 필터, 이온 교환 필터, 반투막 등을 모두 거친 물을 말한다. 굉장 히 정밀한 실험에 사용한다.-4차 증류수 : 일종의 크로마토그래피와 비슷한 정수과정을 거친다. 물 분자 크기의 다른 화합물(이산화탄소 등)을 걸러낸다. 증류수 중 가장 순수하며, 사용할 일은 거의 없다.증류수의 산성은 pH 정의에 따라 25도의 순수한 물은 pH7이다. 하지만 2,3차 증류수를 실제로 측정해보면 pH 5 이하의 꽤 강한 산성인 것을 확인할 수 있다.이는 공기 중의 이산화탄소 등의 성분이 물에 녹으면 산성을 띄게 하기 때문이다.우리가 실생활에서 볼 수 있는 일반적인 물은 미네랄 등이 녹아 있어 이러한 급속한 산성으로의 변화를 막아준다.4.실험장비α-brass 시편, Al 시편 각 1개, 알루미나 파우더(1μm , 0.3μcope

공학/기술| 2017.11.11| 9페이지| 1,000원| 조회(328)

grain size, 그레인사이즈, 기초재료및실험

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기초재료및실험 - 동철의 연마

기초 재료 및 실험4.동철의 연마1.실험제목동철의 연마2.실험목적동철시편을 연마하고, 표면을 직접 관찰해 본다3.이론적배경1.동철의 특성동철합금(Copper Ferro Alloy, CFA)은 동(Cu)과 철(Fe)을 합금한 금속으로, 그 특성과 용도가 다양하기 때문에 세계적으로도 많은 관심과 연구개발이 이루어지고 있다. 그러나 현재까지 합금으로서의 가치가 있는 합금을 만들기에는 매우 어려운 분야이다. 그 이유로는 동과 철은 각 원소의 본성 및 공정점, 비중이 차이가 크기 때문에 합금을 만들 수가 없었다. 동철합금은 주로 구리 합금 생산에 사용되며, 순수 철을 가공할 때와 비교하여 용해 시간 및 에너지 측면에서 중요한 절감 효과가 우수합니다. 동철합금은 1094 °C의 고 상선 온도를 가지므로 녹은 구리 합금에 쉽게 용해되고, 합금에서 철은 구리 합금의 내식성과 내 부식성을 향상시킵니다. 예를 들어 알루미늄 청동에서 철은 구조를 정제하고 기계적 특성, 특히 인장 강도에 유익한 영향을 미칩니다. 2%의 철을 함유 한 Grainsize 안정화 된 구리합금은 전기 공학 분야에 주로 사용됩니다. 그 특징으로는 동철합금은 동(Cu)의 성질인 도전성, 열전도성, 전성, 탄성 과 철(Fe)의 성질인 내마모성, 인장강도, 경도, 자성 등을 함께 가지고 있어 이전까지는 없었던 금속의 특성을 갖고 있다. 동철합금은 전자기파 차폐성(Shielding effect)이 우수한데, Cu(구리) 내부에 침상 Fe(철)이 고용되어 Cu의 표면을 내부에도 형성합니다. 그런 이유로 전자파가 도달하면 전계에 의한 자기장(모터원리)과 자계에 의한 전기장(발전기원리)이 Fe 침상과 Cu의 내부표면으로부터 형성되어 Fe 침상에 형성된 자기장이 피뢰침 역할을 하여 주변의 전기장을 흡수하고, 전계 및 자계에 의한 자기장은 반대 방향성을 가져 Fe에 히스테리시스(Hysteresis)현상을 일으키며 소멸합니다. 이 현상은 매우 순간적이고도 반복적으로 지속되어 완벽한 차폐성을 가집니다. 특히 에너지가 강한 고 전도율은 20% 이하이다. 각종 모터의 권선에서 사용되고 있는 동선보다 우월한 장점을 가지고 있는 인장강도에 때문에 모터를 소형화 할 수 있으며 또 토크를 올릴 수 있는 장점으로 인하여 모터에서 가장 요구되는 파워를 높일 수 있다. 특히 정전기가 발생되지 않아 먼지의 흡수를 막기 때문에 모터의 내구성도 높일 수 있다. 지금까지의 동합금 절반 이하의 양으로 제품대응이 가능하다. 커넥터, 리드프레임, 모터권선, 베릴륨동 대체 등 폭넓게 응용이 가능하다. 각종 전자ㆍ전기기기의 소켓 및 커넥터의 재료(현재 황동 및 인청동)로 사용 시 전기전도의 우월성으로 인하여 기기의 저항(열의 발생)을 줄여준다.?동철합금은 크롬합금보다 내마모성이 훨씬 우월하면서 상대 소재를 마모시키지 않는다. 각종 브레이크 패드, 전동차 바퀴, 부싱(Bushing) 등에 적용가능하다. 동철합금은 동 또는 동합금과 철에 간단히 용접이 가능하다. 이종 간의 금속 접합을 위한 용접봉으로 적용 가능하며 응용범위가 넓다. 지금까지는 서로 다른 금속을 접합하기 위해서는 특수한 용접봉을 사용하였지만 동철합금은 알루미늄을 제외한 어떠한 금속도 용접이 가능하다.(예를 들어 구리와 스테인리스 또는 황동과 인청동간의 완벽한 용접이 가능하다.)?동철합금은 어떠한 금속보다 열전도성이 좋고, 경도가 뛰어나 금형(Mold)에 최적이다. 열전도의 우월성으로 현재의 다른 금속 금형보다 3배 이상의 생산성과 에너지 비용 절감을 얻을 수가 있다. 또한 주방용기(냄비 및 전골냄비, 후라이팬)에서도 열전도 우월성으로 인하여 에너지 절감에 크게 이바지 할 수 있다. 또한 내마모성과 열전도를 함께 요구되는 납땜에도 응용이 가능하다.?동철합금은 다른 동합금에는 없는 자성을 갖고 있는 합금으로 강력한 전자파 차폐 효과가 있고 또 전파 흡수에도 탁월한 효능을 갖고 있다. 전자기파의 반사와 흡수 소멸로 인한 효과가 있어 자동차, 통신관련(통신케이블, 휴대전화, 전파기지국), 의료기기, 로봇, 컴퓨터, 전자ㆍ전기기기, 회로기판, 모터, 항공기,유 주파수로 작동이 된다. 이것들이 부수적으로 불필요한 전자파를 발생시켜 다른 파트의 기능에 장애를 초래한다. 현재의 휴대폰은 엄청난 기능을 동시에 구현하기 때문에 이는 아주 많은 회로와 이를 구동하기 위한 여러 가지 주파수가 공존함을 의미한다. 이런 상태에서 기기의 오작동을 막기 위해서는 각각의 회로부나 도선부 등을 개별적으로 차폐하여 각각의 부분을 적절하게 분리해주어야 한다. 휴대폰을 분해조립 해보면 각각의 부품을 둘러싸고 있는 모든 필름은 차폐, 흡수 또는 방열시트이다 이는 대부분 동박과 페라이트(Ferrite) 소재, 그라파이트(Graphite), CNT 등의 조합 또는 섬유상에 금속도금을 하는 형태로 구성되어 있다. 이것들을 동철합금(CFA) 단독으로 또는 기존 재료와 적절한 조합으로 방열과 차폐/흡수를 동시에 구현할 수 있다.2.쉴드 캔[Shield CAN(Controller Area Network, 계측제어기 통신망)] 차폐 휴대폰의 파워부, 무선부 등의 강한 차폐는 쉴드 캔 형태로 구현 되어 있다. 최소한 5개 이상 배치되어 있으며 기존 스테인리스 또는 양백으로 사용하고 있다. 동철합금(CFA)로 사용하면 기존 보다 더욱 얇은 박판이 가능하며, 강한 차폐가 가능하여, 회로설계가 용이하다. 현재 하드웨어 엔지니어의 가장 큰 과제는 전자파 차폐이다.3.각종 커넥터, 소형 판스프링 형 단자. 각종 잭(Jack)용 단자 휴대폰에는 정밀 초소형/협 피치 커넥터 및 탄성과 도전성을 동시에 구현해야 하는 각종 접촉 단자 등이 필요하다. 지금까지는 베릴륨동을 포함하는 각종 등급의 인청동 등의 동합금을 사용하고 있다. 베릴륨동은 환경문제로 사용이 규제되어 티타늄 동으로 바뀌고 있다. 동철합금은 한 가지 모델로 인청동의 6가지 등급제품보다 우수한 성능으로 대체 가능 하다. 전자회로에서 주파수가 높아지면 발열 및 전자파 문제가 수반 된다. 원칙적으로 재료부터 발열 및 차폐를 제어 할 필요성이 요구 되고 있다. 동철합금(CFA)이 유일한 대안이다. 이는 반도체, LE 포함하기도 한다.연삭의 경우 연마된 면이나 연마 부스러기도 본래의 재질조직이 그대로 남아 있다. 본래의 조직이 그대로 남지 않고, 망그러지는 경우에는 이것을 탁마라고 한다.유리면의 연마작업은 탁마에 속한다. 탁마작업용 기계로는 래핑머신 ·호닝머신 등이 있다. 표면을 문질렀을 때, 연삭도 아니고 탁마도 아닌 경우가 있는데, 이것을 연마라고 할 때도 있다. 따라서 연마라고 했을 경우에는 연삭 ·탁마 ·연마를 포함해서 말할 때와 연삭도, 탁마도 아닌 연마를 말할 때가 있다. 2개의 면을 비벼댈 때, 어느 쪽이 먼저 평평해지는가 하는 문제는 비벼대는 물질의 굳기가 아니고 녹는점이 낮은 쪽이 먼저 평활해진다. 연마할 때에는 2개의 면 사이에 산화철 ·산화크롬 ·산화알루미늄 ·탄화규소 ·산화망간 등의 분말을 물에 섞어 개재시켜서 연마작업의 능률을 올리는 것이 보통이다. 이 개재물을 연마재라고 한다. 또 전해연마라는 방법도 있는데, 이것은 전기도금과는 반대로 전기분해로 금속표면을 매끈하게 하는 방법이다. 표면을 매끄럽게 하는 결과는 연마와 같지만, 그 기구는 전혀 다르다.연마재란 연마작업 때 사용하는 입상 또는 분말상의 고경도 물질이다.그 작용이 연삭(깎인 표면 및 깎인 물질이 원재질의 조직을 유지하게 되는 작업)인지 탁마(원재질의 조직을 유지하지 못하게 되는 작업)인지를 명확히 구별할 수는 없으나 대체로 다음과 같이 분류할 수 있다.연마재로서의 중요한 성질은 경도 · 인성 · 입형 및 입도이다. 경도는 보통 모스 경도로 표시하는데, 연마당하는 물질보다는 연마하는 물질의 경도가 커야 함은 당연하다. 인성은 알맞은 표시법은 없으나, 광물이 다르거나, 또 같은 광물이라 할지라도 상태가 달라지면 인성에 차이가 생긴다. 또한 입형도 연마작용에 큰 영향을 미치며 입자가 단결정이냐, 단결정의 집합조직이냐 하는 문제도 중요하다. 입도는 보통 채질을 함으로써 고르게 하여 사용한다.연마재의 용도로는 ①입자를 결합제로 원판 모양이나 직육면체, 그 밖의 일정한 모양으로 성형하여 숫돌로서 사기술폴리싱 가공 기술은 랩핑 가공 기술에 비해서 요구하는 표면 조도를 얻는 어려움이 있다. 특히 랩핑 보다 가공물에 따른 정반의 선정과 사용 연마재를 선택 하는 것이 어렵다. 폴리싱은 랩핑과는 달리 soft polishing과 hard polishing으로 구분되며 hard와 soft로 구분하는 것은 정반 재질에 따라서 구분된다. base plate에 pad를붙이고 폴리싱 하는 것과 이외에 hard 정반을 사용 하는 것을 hard polishing으로 구분 한다.Lapping 가공Lapping 가공 정반의 평면도를 가공물의 면에 전사시키는 고정도의 평면 가공법입니다. 정반 면과 가공물 사이에 연마액(연마재를 물 또는 오일과 혼합한 것)을 공급하고, 가공물을 정반 면에밀착시키는 작용과 정반의 회전작용에 의한 상대운동을 부여합니다. 고경도의 Steel Alloy 정반을 사용하므로 지립이 정반에 박히는 일이 없으며, 지립이 자유롭게 굴러다니므로 절인이 가공물에 효과적으로 작용하게 됩니다.즉, Lapping은 연마재의 회전작용에 의하여 연마재 절인의 일부가 아닌 전부가 연마에 사용됩니다. 정반에 연마재가 박히지 않는 경도를 갖게 함으로써, 상당한 압력을 가해도 연마재가 정반에 박히지 않고, 또한 이 가압력이 절삭능력을 높이는데 사용됩니다. 또한, 고경도이므로 그 수명이 깁니다.Hard Polishing 가공Hard Polishing 가공Lapping 가공에 의해 가공된 이 피상의 가공 면을 평면도를 유지하면서 더욱 치밀하게 연마해서, 광택이 있는 경면을 얻게 되는 정밀 가공법입니다. 연질의 금속(동, 주석, Steel) 또는"금속+수지"의 정반을 사용하여, Liquid Diamond(공업용 다이아몬드를 물 또는 오일과 혼합한 것)를 정반 위에 공급하고, Pressure Plate의 가압에 의해 다이아몬드가 정반 위에 박히게 되고, 그 절인에 위해 가공 면이 경면상태로 가공됩니다.Soft Polishing 가공Soft Polishing 가공 Hard Polishing

공학/기술| 2017.11.11| 11페이지| 1,000원| 조회(247)

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기초재료및실험 - 광학현미경의 이해

기초 재료 및 실험3.광학 현미경의 이해1.실험제목-광학현미경의 이해2.실험목적-광학현미경 사용법을 익히고, 시편을 직접 관찰해본다.3.이론적배경-광학현미경광학 현미경은 물체를 비출 때 빛을 사용하는 현미경이다. 광학 현미경은 가시광선 및 소량의 시료의 그림 확대 렌즈 시스템을 사용한 현미경의 일종이다. 광학현미경에서 이미지는 현미경을 생성하는 일반적인 감광 카메라로 촬영할 수 있다. 최근에는 접안렌즈를 필요로 하지 않고, 영상 감지기를 사용해 디지털 신호로 바꾸어 컴퓨터에 저장한 다음, 영상처리를 한 뒤 컴퓨터 화면에서 직접 결과의 이미지를 보여주는 CCD(charge-coupled device camera) 카메라를 사용하여 이미지 캡쳐가 가능하다.현미경의 구조 광학현미경의 구조는 크게 8가지로 대안렌즈 관, 경통, 대물렌즈 대, 팔, 프레파라트 이동 나사, 클립, 재물대, 조동나사&미동나사가 있다. ① 대안렌즈 관은 대안렌즈를 부착할 수 있는 관으로 한 쪽 눈으로만 볼 수 있는 단안대안렌즈 관과 두 눈으로 볼 수 있는 양안대안렌즈 관이 있으며, 그 밖에는 양안대안렌즈 관에 사진 촬영을 할 수 있는 별도의 사진대안렌즈 관이 붙어 있는 삼안 대안렌즈 관이 있다. ② 경통은 현미경 팔의 위쪽에서 앞쪽으로 부착되어 있는 부분으로서 위쪽에는 대안 렌즈가, 아래쪽에는 대물렌가 각각 붙어 있다. 경통에는 고정식과 조절식 두 종류가 있는데, 고정식은 사용할 때 특별히 주의할 필요가 없으나 조절식은 경통에 기입된 눈금이 바른 위치에 있는지의 여부를 확인해야 한다. ③ 대물렌즈 대는 경통 아래에 붙어 있는 원판을 말하며 이 원판에 보통 4개에서 5개의 배율이 다른 대물렌즈를 끼울 수 있는데, 시계 또는 시계 반대 방향으로 돌릴 수가 있기 때문에 배율에 따라 돌리기만 하면 관찰할 수 있다. 대물렌즈대가 없는 현미경은 경통의 하단에 대물렌즈를 직접 끼운다. ④ 팔은 현미경 뒤쪽에 수직 기둥으로서, 위쪽은 앞쪽으로 굽어 경통이 붙어 있고, 아래 앞쪽으로는 받침이, 중간에 재물대이지만 일정거리보다 더 가까이 가져오면 물체는 더 커져 보이나 상을 정확히 맺힐 수 없기에 흐릿해 보이게 된다. 여기서 우리 눈이 물체를 가장 잘 인식할 수 있는 거리를 명시거리라 하고 보통 250mm이다. 1차로 확대된 상은 명시거리 안쪽에 맺힘으로 잘 볼 수 없기 때문에 볼록렌즈를 써서 상을 뒤로 보냄으로 비로소 뚜렷한 상을 볼 수 있게 된다. 결과적으로 물체를 명시거리 안쪽으로 당겨 확대된 크기의 상을 다시 볼록렌즈인 접안렌즈로 다시 뒤쪽에 맺히게 함으로 우리는 확대된 허상 을 또렷하게 볼 수 있게 된다.접안렌즈와 2차 확대된 허상광학현미경의 사용법으로는 ①시료가 놓여져 있는 재물대를 대물렌즈로부터 멀리 놓이게 한다. 이는 현미경을 다루는데 있어서 가장 기초가 되는 부분이며 이렇게 함으로써 실수로 고배율로 대물렌즈를 회전시켜도 시료와 부딪혀서 생기는 렌즈나 시료의 손상을 방지할 수 있기 때문이다. ②광원을 조절한다. 일반적인 현미경은 반사경과 조리개로 빛을 조절하여 밝기를 조절해야 하지만, 최근의 현미경은 대부분 조명장치가 함께 있으므로 조명장치의 다이얼을 돌려서 시야가 밝아지도록 조명을 조절한다. ③시료를 고정한다. 시료를 재물대 위에 올려놓고 클립으로 고정하여 움직이지 않도록 해야 한다. 통상의 현미경은 재물대가 고정되어 있어서 시료를 직접 손으로 움직여야 하지만 기계적 재물대(mechanical stage)는 재물대를 x축, y축으로 자유롭게 움직일 수 있기 때문에 고정시켜 주어야 한다.④대물렌즈를 선택한다. 현미경은 낮은 배율에서 높은 배율로 옮겨가며 관찰을 하는 것이 기본이다. 저배율에서 관찰을 하면서 관찰하고자 하는 시료의 위치를 확인하면서 배율을 조금씩 높이도록 해야 한다. 즉, 자신의 현미경의 가장 낮은 대물렌즈의 배율이 4배일 경우 4배의 대물렌즈부터 관찰해야 한다.⑤접안렌즈를 선택한다. 대물렌즈는 고정되어 있으나 대안렌즈를 통하여 배율을 조절할 수 있다. 대안렌즈는 보통 x10, x15가 주를 이루고 있다. 현미경의 배율은 접안렌즈와 대다. 렌즈는 대게 코팅막이 씌워져 있으므로 코팅막이 벗겨질 경우 렌즈의 성능이 급속히 나빠져 상을 뚜렷하게 관찰할 수 없게 된다.-탄소섬유탄소섬유란 탄소원소의 질량 함유율이 90%이상으로 이루어진 섬유장의 탄소재료로서 폴리아크릴로니트릴(PAN), 석유계?석탄계 탄화수소잔류물인 피치 또는 레이온으로부터 제조된 섬유형태의 유기 전구체물질을 불활성 분위기에서 열분해하여 얻어지는 섬유를 의미한다. 탄소섬유를 특성과 제조법으로 분류하면, 고성능 탄소섬유는 인장강도 및 인장탄성률과 같은 재료의 역학적 특성을 중시한 선진복합재료 강화용 섬유이며, 특히 인장탄성률이 300GPa 이상의 섬유를 흔히 Type I의 고탄성률(HM, 탄소원소 함량 99% 이상)탄소섬유라 하고, 인장강도가 4.0GPa 이상의 섬유를 Type II의 고강도(HT,탄소원소 함량 92% 이상)탄소섬유라 불리며, 그 차이는 열처리 온도 등과 같은 제조방법에 따라 달라질 수 있다.1.탄소섬유의 특성고성능 탄소 섬유의 수분은 0.05% 이하이기 때문에 실제로 흡습하지 않는다고 생각해도 좋다. 탄소 섬유 자체는 수분의 영향을 받지 않아 안정하며, 유리 섬유나 아라미드 섬유를 사용하는 경우보다 뛰어난 내수성을 나타낸다. 그러나 고성능 탄소 섬유는 상대 습도 6.5%에서 수분 10% 전후까지 매우 쉽게 흡습하는 경우도 있다. 특히 1,000℃이하에서 소성한 경우에 이러한 성질이 뚜렷해진다. 같은 고성능 탄소 섬유라 해도 2,000℃ 소성품의 수분은 0.5%로 낮다.탄소 섬유의 화학반응은 (1)산화성과 (2)고온 하에서 금속, 금속 산화물과 반응으로 나눌 수 있다. 공기 중에서는 350℃에서도 서서히 산화하여 질량 감소와 강도 저하가 일어난다. 산화는 소성 온도가 높을수록 일어나기 어렵고, 탄소 섬유에 비해 흑연 섬유의 내산화성이 양호하다. 또한, 존재하는 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 등의 금속은 촉매로서 작용하여 산화를 촉진한다. 특히 고농도, 고온 하에서의 열화(외부나 내부의 영향에 의해 물리적, 화학적으로 틱 등과 대비되는 경우에는 인장 이외에 압축, 비틀림, 굽힘, 전단 등이 부하될 때의 비교도 필요하다. 이러한 인장 이외의 특성에 대해서는 매트릭스의 기여도가 크지만 섬유 측에서 보면 섬유와 매트릭스간의 접착성이 관여하고 있다. 탄소 섬유의 공기 중 열화에 대하여 앞에서 언급하였으나 폴리이미드 수지를 매트릭스로 사용한 복합 재료가 우주선에 이용되어, 320℃에서 600시간이나 견디는 실적이 있다. 또한, 비스말레이미드 수지를 매트릭스로서 마하 2.5에서 비행하는 항공기의 날개에 사용하여 공기와의 마찰 발열에 의해 3,000℃ 전후의 온도가 되어도 양호한 성능을 발휘하였다. 이와 같이 매트릭스를 잘 선택하면 고온 하에서의 사용에도 잘 견딘다. 이것은 탄소 섬유 자체가 고온 하에서 인장 강도, 인장 탄성률의 저하가 적기 때문이다. 탄소 섬유는 불활성 분위기 하에서는 2,500℃에서도 강도가 유지되는 다른 재료에서는 볼 수 없는 특징을 갖고 있다. 아세틸아미노플로오렌이나 섬유강화탄화규소는 공기 중에서 800 ~ 1,000℃까지의 내열 강도가 있으나 2,000℃ 이상에서는 견디지 못한다. 탄소 섬유의 이러한 특성은 로켓의 분사공 혹은 항공기용 브레이크 디스크와 같이 2,000℃ 이상에서 사용되는 특수한 재료에 활용되어 탄소를 매트릭스로 하는 C/C 복합체에 사용되고 있다.탄소 섬유의 비열은 0.7 ~ 0.9kJ/kgK(실온으로부터 70℃의 평균치)으로서 철, 알루미늄, 티탄 합금의 0.5 ~ 1.0kJ/kgK(실온으로부터 100℃)과 거의 동일하며, 플라스틱의 1.5 ~ 2.0kJ/kgK의 약 1/2이다. 탄소 섬유의 비열은 온도가 높아지면 커지고, 실온으로부터 1,500℃까지의 평균치는 1.7kJ/kgK이다. 탄소 섬유의 선팽창 계수는 -1 ~ 5 X (1/1,000,000)/K으로서 다른 재료에 비해 작으며, 마이너스 값을 갖는 경우도 있다. 선팽창 계수가 작다는 것은 온도의 변화에 대한 치수 변화가 작다는 것을 의미하며, 주야의 온도차가 큰 우주 공간에서 사용하가서 단락 사고를 일으키는 경우도 있기 때문에 작업장의 청소에 유의하여야 한다. 탄소 섬유는 금속이나 유리 섬유에 비해 X선의 투과성이 양호하다. CFRP의 X선 흡수는 알루미늄이나 GFRP 등의 비교 재료의 1/10이며 강도, 강성이 높기 때문에 인체의 X선 검사용 기기에 사용되어 피 폭량 감소에 공헌하고 있다.아래 표는 탄소섬유의 성질을 정리해 놓은 것이다.탄소 섬유의 특징분류탄소 섬유 특징형태적 성질가늘고 길며 잘 구부러진다.다양한 형태 가공성이 우수하다.매트릭스와 조합한 섬유 보강재 제작이 가능하다.섬유축 방향과 직각 방향은 이방성을 가진다.화학, 물리적 성질대부분 탄소 원소로 구성되어 있다.불연성이다.화학적으로 안정되어 있으며 산,염기 용매에 강하다산화에 의해 열화가 일어난다.고온의 공기, 산화성 산에 대해 약하다.고온 하에서 금속 탄화물을 형성한다.다공성이며, 표면 활성화에 의해 흡탈착 성능을 나타낸다.기계적 성질밀도가 금속보다 작다.인장 강도, 인장 탄성률이 크다.내마모성, 윤활성이 우수하다.열적 성질선 팽창률 계수가 작고, 치수 안정성이 우수하다.고온 하에서도 기계적 특성이 저하되지 않는다.극저온 영역에서의 열전도성이 작다.전기, 전자적 성질전도성이 우수하다.전파를 반사하며 전파 시인성이 우수하다.x선 투과성이 양호하다.탄소섬유 제조공정2.탄소섬유의 종류탄소섬유 개발 초기에 레이온, PAN, 피치, PVC피치, 페놀 등이 탄소섬유의 제조를 위한 원료로 이용되었으나, 현재 레이온계, 페놀 등은 원료로서 그 이용이 쇠퇴하였고, 지금은 크게 PAN계와 피치계 두 종류가 주종을 이루고 있다.1) 레이온계 탄소섬유레이온계 탄소섬유는 기본적으로 셀룰로오스를 레이온으로 재가공하여 얻은 레이온 섬유를 전구체로 제조된 탄소섬유를 의미한다. 하지만 PAN과 같이 전구체의 물성을 자유자제로 조절하기 어려운 문제점으로 PAN계 탄소섬유와 같이 널리 상용화되지 못하여 그 이용이 쇠퇴하고 있다. 미국 유니온 카바이드사는 1959년에 직물 모양의 탄소섬유를 상품화했지만,

공학/기술| 2017.11.11| 13페이지| 1,000원| 조회(259)

광학현미경, 기초재료및실험, 광학현미경의 이해

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기초재료및실험 - 결정구조

기초 재료 및 실험2. Crystal Structure1.실험제목Crystal Structure2.실험목적-Orbit Molecular Model을 이용하여 FCC, BCC, HCP의 Structure를 관찰한다.-다이아몬드 결정구조를 이해한다.3.이론적배경-7 crystal system7 crystal system of unit cell1. cubic(입방정계)단위 격자는 입방체로 기본적인 결정 구조인 정육면체 구조이다. 모든 격자의 길이가 같고 이루는 각은 90°, 7정계의 하나로써, 격자정수 사이에 a=b=c, α=β=γ= 90°의 관계가 성립되며, 단위 격자의 대각선 방향으로 3회 회전축을 갖고 있고, a, b, c 축방향으로 2회 또는 4회 대칭축이 존재한다.Primitive(simple), Face-centered, Body-centered 구조를 가진다.격자 내 SC, FCC, BCC 원자2. tetragonal(정방정계)정방정계는 입방정계(정육면체 모양)에서 하나의 격자 벡터를 따라 잡아늘려 정사각형을 밑면으로 하는 직사각기둥의 모양이다. 위 아래면은 정사각형이고, 옆면은 직사각형 구조이며, 격자정수 사이에 a=b≠c, α=β=γ=90° 의 관계가 성립되며, 하나의 축에 4회전 대칭을 갖는다. Primitive(simple), Body-centered 구조를 가진다.3. orthorhombic(사방정계)orthorhombic base centered 사방정계는 격자의 길이가 서로 다른 세 축이 각각 직각을 이루고 있다. 사방정계 단위격자의 특징은 단위격자가 외형상의 변화 없이 180° 로 회전할 수 있는 2회 대칭축이라고 하는 3개의 선이 있다. 따라서 격자정수 사이에 a≠b≠c, α=β=γ=90°의 관계를 가지며, Primitive(simple), Face-centered, Body-centered , base centered(저심격자)구조를 가진다. base centered구조란 simple cubic에서 격자점이 8개뿐만이 아니라 서로 마주90°andβ≠90°의 관계를 가지며, Primitive(simple)와 base centered구조를 가진다.5. triclinic(삼사정계)삼사정계는 격자의 길이가 모두 다르며, 축각이 모두 달라서 90 °를 이루지 않는다. 2회 이상의 회전축과 회반축의 대칭을 갖지 않는 것으로, 반전 대칭만이 허용된다. 이 정계에 속하는 결정은 좌우·상하·전후로 바꾸어 놓아도 원위치 이외에서는 같은 형태를 나타내지 않는다. 즉, 대칭성이 전혀 없거나 반대 대칭만을 가지고 있어서 결정계 중에서 대칭성이 가장 낮은 결정이다.따라서 a≠b≠c, α≠β≠γ≠90°의 관계를 가지며, Primitive(simple) 구조만 가질 수 있다.6. hexagonal(육방정계)육방정계는 격자의 길이가 같은 3개의 축을 가지고 있으며, 3개의 축들은 서로 120°의 각을 이루고 있고, 4번째 축은 3개의 축이 이루는 평면에 수직으로 위치한다. 즉, 육방정계 구조를 하고 있는 결정의 각 성분들은 4개의 축을 기준으로 하여 배열된다. 고체 안에 있는 원자나 원자단을 점으로 표시하고 이 점들을 선분으로 연결하여 만들어지는 격자를 단위격자라고 한다.육방정계의 단위격자는 6회 대칭축이라고 하는 선이 1개 있어서 다른 결정 구조와 구별된다. 단위격자는 6회 대칭축을 기준으로 60°나 120° 회전시켜도 모양이 변하지 않는다. 육방정계 구조는 흔히 단위격자 내에 2개의 격자점을 더 가지고 있는데, 이 모양은 내각이 60°와 120°인 규칙적인 마름모꼴이며, 몇몇 결정학자들은 이 단위격자를 주요결정계인 삼방정계라고도 한다.따라서 육방정계의 수평축은 120°로 교차하고 a와 b는 직각이므로, a=b≠c이고, α=β=90°,γ=120°의 관계를 가지며, Primitive(simple) 구조만 가질 수 있다.7. Rhombohedral(능면체)능면체는 입방체를 그 체대각선의 방향으로 늘이거나 줄인 정육면체를 찌그러뜨린 형태를 보이며, 격자의 길이는 같으나 이루는 각은 전부 90°가 아닌 6개의 마름모형으로 이자점에 하나 이상의 원자가 대응되어 주기성과 규칙성과 반복성을 가질 때 그것을 결정이라고 한다. 2차원 브라베 격자는 5가지가 있고, 3차원 브라베 격자는 14가지가 있다. 3차원 브라베 격자는 7가지 결정계 속에 전부 나타난다.cubic crystal structureCubic은 기본적으로 a=b=c,α=β=γ=90°다. cubic 결정 구조에서는 3가지 브라베 격자가 존재한다. Simple cubic (SC)은 모서리에 원자가 존재하는 것이고, body centered cubic (BCC)은 모서리와 unit cell의 중심에 원자가 존재하는 것이고, face centered cubic (FCC)은 모서리와 각 면의 중심에 원자가 존재하는 것입니다. 이들의 공통점은 어느 격자에서든지 다른 격자점까지 와의 거리가 같고, 규칙성과 반복성을 갖기 때문에 브라베 격자이다.Tetragonal crystal structureTetragonal은 기본적으로 a=b≠c, α=β=γ=90°다. tetragonal 결정 구조에서는 2가지 브라베 격자가 존재한다. Simple tetragonal은 모서리에 원자가 존재하는 것이고, body centered tetragonal은 모서리와 unit cell의 중심에 원자가 존재한다. Cubic과의 차이점은 a=b와 c의 길이가 다르고, face centered가 없다는 것이다. 다른 격자점까지 와의 거리가 같고, 규칙성과 반복성을 갖기 때문에 브라베 격자이다.Orthorhombic crystal structureOrthorhombic은 기본적으로 a≠b≠c, α=β=γ=90°다. Orthorhombic 결정 구조에서는 4가지의 브라베 격자가 존재한다. Simple orthorhombic은 모서리에 원자가 존재하는 것이고, body centered orthorhombic은 모서리와 unit cell의 중심에 원자가 존재하는 것이고, face centered orthorhombic은 모서리와 각 면의 중심에 원자가 존재하는 것이고, . Simple triclinic은 모서리에 원자가 존재하는 것이다.Cubic과의 차이점은 α, β, γ 모두 각각의 각도가 다르고, body centered와 face centered가 없다는 것이다. 각 격자와 격자 사이가 규칙성과 반복성을 갖기 때문에 브라베 격자이다.Monoclinic crystal structureMonoclinic은 기본적으로 a≠b≠c, α=β=90°, γ≠90°이다. monoclinic 결정 구조에서는 2가지의 브라베 격자가 존재한다. Simple monoclinic은 모서리에 원자가 존재하는 것이고, base centered monoclinic은 모서리와 마주보는 한 면의 중심에 원자가 존재하는 것 이다. Cubic과의 차이점은 a, b, c 모두 각각의 길이가 다르고 γ의 각도가 90°가 아니다. 각 격자와 격자 사이가 규칙성과 반복성을 갖기 때문에 브라베 격자이다.hexagonal crystal structurehexagonal은 기본적으로 a=b≠c, α=β=90°, γ=120°이다. Simple hexagonal은 모서리에 원자가 존재하는 것이고, rhombohedrally centered rhombohedral은 모서리와 내부에 두 개의 원자가 존재하는 것입니다. Cubic과의 차이점은 a=b와 c의 길이가 다르고, γ의 각도가 120° 이다. 각 격자와 격자 사이가 규칙성과 반복성을 갖기 때문에 브라베 격자이다.-APF(Atomic packing Fator) = 원자충진율원자 충진율이란, 단위 격자 (unit cell) 내부에 존재하는 원자의 부피를 의미합니다.각 모서리에 존재하는 원자는 여러 결정과 맞닿아 있기 때문에 모서리 원자의 수는 (1/8)개이다. 각 면에 존재하는 원자도 마찬가지로 다른 결정과 맞닿아 있기 때문에 한 면의 원자의 수는 (1/2)개이다. 결정 중심에 존재하는 원자는 어디에도 원자를 공유하지 않으므로 1 개다. 즉 단순입방체(SC)는 각각의 모서리에 1/8의 원자가 포함되므로 총 원자 갯수는 (적으로 보면 3개의 격자가 합쳐진 6 atoms/unit cell을 갖는다. 단위격자인 입방체의 1변의 길이를 격자상수(lattice parameter) 또는 격자정수(lattice constant)라고 부르며, 단순입방체(SC)는 각 모서리에만 원자가 존재하는 결정 구조로 격자상수 a는 2r이다. 면심입방체(FCC)는 각 모서리와 6면에 원자가 존재하는 결정구조로 격자상수 a는 루트8r, 체심입방체(BCC)는 각 모서리와 결정 중심에 원자가 존재하는 결정구조로 격자상수 a는 4r/루트3이며, 조밀육방격자(HCP)의 격자상수 a는 2r이다. 또한 1개 원자를 중심으로 생각할 때 그 원자주위에 있는 최근접원자의 수를 배위수(coordination number)라 부른다. 면심입방체(FCC)의 배위수는 12, 체심입방체(BCC)의 배위수는 8, 조밀육방격자(HCP)의 배위수는 12개이다.,SC, BCC, FCC 격자 내 원자,HCP 격자-다이아몬드 결정 구조다이아몬드 결정 구조 (좌)와 섬아연광 구조 (우)다이아몬드 격자에서 이웃한 원자들의 사면체 구조 다이아몬드 결정 구조는 면심입방(FCC)구조의 변형이다. 먼저 Si 이나 Ge 같은 한 가지 종류의 원자로 이루어진 반도체는 그림(a)과 같은 다이아몬드 구조로서 FCC 기본 구조가 대각선 방향으로 a/4씩 평행 이동된 제2의 FCC 구조와 공간적으로 겹쳐져 있는 구조로, 흔히 다이아몬드 구조라고 불린다. 각 원자는 가장 가까운 이웃한 4개의 원자와 공유결합을 유지하고 있다. 다이아몬드 결정 구조의 단위셀은 사면체 구조이며, 기본적으로 체심입방(BCC)구조이나 8개의 모서리 원자 중에서 4개가 없는 구조이다. 사면체 구조에서 각 원자는 4개의 이웃한 원자를 가지며, 이것이 다이아몬드 격자의 기본셀이다. 그리고 이 결합은 정면에서 보면 위로 두 개, 아래로 두 개가 되어 평면에서 보면 전후, 좌우 90° 간격을 유지한다. 따라서 원자들의 배열이 균형 잡혀 있고 매우 강한 결합력을 갖게 된다. 한편 GaAs나 SiGe험결과

공학/기술| 2017.11.11| 11페이지| 1,000원| 조회(386)

결정구조, Crystal structure, 기초재료및실험

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