냉각곡선에 의한 상평형도 작성

목차

서론:
◎냉각곡선에 의한 상평형도 작성
-냉각곡선에 의한 상평형도 작성의 목적

본론:
◇냉각곡선을 사용한 열분석의 장치 및 재료
◇관련이론

결론:
○실험 방법 및 결과
◎고찰

◎참고문헌

본문내용

커지는데, 녹는점이 되면 작용하는 인력이 격자의 배열상태를 더 이상 질서 있게 유지할 수 없게 된다. 녹는점에서 고체는 액체로 변화하는데 액체 내의 각 입자는 독립적으로 움직이고, 고체보다 아주 약하고 공간에서의 방향성도 많이 없어진 힘에 의해서 끌리게 된다. 물질이 충분히 가열되면 액체 상체의 입자들을 서로 결합시키고 있는 힘이 끊어져서 끓는점에서 액체는 증기로 변화한다.
숨은열은 순수한 물질에서 일어나는 고체·액체·기체 사이의 변화가 아닌 다른 과정에서도 나타난다. 많은 고체들이 여러 결정을 갖고 있는데 이들 사이의 변환은 일반적으로 숨은열의 흡수 또는 방출을 수반한다. 한 물질이 다른 물질에 용해되는 과정도 종종 열을 수반하며 용해과정이 순전히 물리적 변화이면 그 열은 숨은열이다. 그런데 용해과정이 때때로 화학적 변화를 포함하는 경우가 있는데 이때는 수반하는 열의 일부가 화학반응과 관련된 반응열이다. 이것을 열용융이라 한다.
-열분석 : 열분석이란 열리분석이라고도 한다. 물체를 가열 또는 냉각시키면서 그 물체의 온도를 측정해가면 온도의 시간적 변화는 일반적으로 평활한 곡선으로 나타난다. 그러나 물질이 전이점을 갖거나 분해하듯이, 어떤 상변화가 있을 때는, 곡선의 그 온도에서 정지점 또는 이상변화를 보인다. 따라서 이 곡선에 의해 상변화나 반응의 생성 등 각종 변화를 알 수 있다. 이 방법이 열분석이다.
열분석법을 이용하여 측정할 수 있는 분야는 매우 다양하다. 가장 일반적인 용융점 측정과 같은 상전이 연구에서부터 시작하여 열분해, 유리전이 온도, 산화 및 환원 등 열을 가했을 때 일어나는 일련의 물리, 화학적 반응에 거의 모두 적용된다고 하여도 과언이 아니다.
열분석법은 크게 두 가지로 나뉘는 데,
1)열무게 측정법(thermogravimetry, TG)
열무게 측정법 분석에서는 조절된 주위 조건 하에서 시료의 온도를 증가시키면서(보통 시간에 대하여 직선적으로) 시료의 무게를 시간 또는 온도의 함수로 연속적으로 기록
→ 시간의 함수로 무게 또는 무게 백분율을 도시
→ 서모그램(thermogram) 또는 열분해곡선(thermal decomposition curve)
2)시차 열법분석(differential analysis, DTA)
시료물질과 기준물질을 조절된 온도 프로그램 하에서 가열하면서 이 두 물질의 온도 차이를 온도함수로 측정하는 방법
→ 보통 온도 프로그램은 시료의 온도 Ts가 시간에 따라 직선적으로 증가하게 하는 방식으로 시료와 기준물질을 가열하도록 되어 있음
→ 시료온도와 기준온도 Tr사이의 온도차이 ΔT (ΔT = Tr - Ts)를 측정
→ 이를 시료 온도에 대하여 도시 → 시차 서모그램
-열전대의 결선 : 열전대는 열전대의 +,- 선의 한쪽 끝을 접합시켜 작은 구형으로 하고, 다른 한쪽은 측정기에 연결한다. 그러나 측온 부위와 기준온도부위가 있어서 기준 온 도를 알고 있어야 하는데 0℃의 얼음물 통에 열전대를 담가서 기준접점으로 이 용한다. 따라서 기준접점을 사용하지 않는 경우는 측정온도에서 이를 더 고려해 주어야 한다. K형 열전대의 경우는 0~40℃의 범위에서는 실온을 더하여 주면 된 다. 그러므로 열전대로 온도 측정 시 전압으로 읽을 경우 냉접점을 썼으면 전압이 곧바로 온도로 환산이 되나, 냉접점을 쓰지 않았을 경우는 반드시 측정 장소 의 온도를 더해주어야 한다. 그러나 화면에 온도로 직접 나오는 공업용 온도 측정기는 측온 저항체나 다이오드 등으로 기준접점의 온도를 측정하고, 그 온도에 상당하는 전압을 열전대의 기전력에 가산하여 보상하는 보상식 기준접점이 내장 되어 있으므로 별도의 냉접점을 설치 할 필요가 없다. 또한 열전대와 측정기기 와의 거리가 먼 경우는 열전대로 전 길이를 연결하면 비용이 사용됨으로 보상도 선을 사용한다.
○실험 방법 및 결과
-실험 방법
⑴Table 1에 표시된 각 시편들을 용융온도보다 약 70˚C 이상의 온도까지 가열한다.
⑵Chromel-Alumel 열전대를 보호관을 씌워 용융금속중에 담근다.
⑶냉각속도가 5˚C/min 이 되도록 온도를 조절한다.
⑷용융시편의 온도구배를 감소시키고 화학적 균질성을 개선시키기 위해 교 반막대를 이용하여 용융금속을 저어준다.
⑸30초마다 온도를 읽어 기록하거나 자동기록계를 이용한다.
-결과
각조에서 실험한 결과를 그래프로 나타내었다. 이 모든 그래프의 데이터를 가지고서 각각의 점을 구한 후 하나의 그래프를 통합시켰다.
◎고찰
: Pb-Sn상태도를 그려봄으로서 실험에 대한 이해가 더 쉬웠다. Pb-Sn의 양을 조절하며 실험한 결과 냉각속도와 온도차가 존재한다는 것을 알게 되었다. 특히 용액을 마지막 응고까지 균일한 온도분포를 갖도록 교반할 수 없는 경우에는 응고가 완전히 끝나지 않았더라도 응고된 일부분에서는 이미 계속 냉각이 되어져 냉각곡선은 냉각최종단계에서 뚜렷한 꺽임점을 보여주지 않는다는 걸 알 수 있었다. 또한 그래프를 살펴보면 온도의 응고점에 비하여 온도가 급하게 떨어지는 경우가 있는 데, 그 이유는 노나 도가니를 담은 용기가 용액이 응고하는 중에 그 온도가 강하됨으로써 응고가 끝난 직후 이러한 현상이 나타난다는 걸 알 수 있었다.
열전대선과 보호관은 일정한 두께를 갖고 있어 이에 따라 특정의 열용량을 갖는데 이에 따라 이들은 용액보다 항상 어느 정도 높은 온도를 갖게 되어 열전대는 아직도 응고점 이상을 가리키는데도 응고가 시작된다. 따라서 응고의 시작은 위의 그래프를 살펴보아도 냉각 곡선상에서 뚜렷한 꺽임점을 보여주지 않는다.
특히, 이번 실험에서 얻은 결과로 나타낸 상태도에서 냉각곡선이란 용융상태의 액상금속이 완전히 응고될 때까지의 시간에 따른 온도변화를 측정한 곡선으로, 이 곡선을 이용하여 합금의 응고과정이나 금속상호간의 용해도를 알 수 있으며, 현미경에 의한 금속조직의 관찰이나 열팽창, 비열, 전기저항, X선에 의한 격자정수의 측정등과 함께 상태도를 작성하는데 이용하고 있다.
◎참고문헌
-문인형외 다수 저 : 금속공학실험(반도출판사)
-Kathryn Booth Steven Hill 저 : 기초 옵토일렉트로닉스(청문각)
-김한근 저 : 센서 기초와 실험(기전연구사)

키워드

냉각곡선,   상평형도,   Pb-Sn의 상태도