압력, 시간, 온도에 따른 물성의 변화 분석

소개글

압력, 시간, 온도에 따른 물성의 변화 분석 에 대한 보고서 자료입니다.

목차

Ⅰ. 서론
1. 실험 목표
2. 전반적인 배경 이론
3. 시료 제작 방법 및 실험 순서

Ⅱ. 본론
1. 밀도 분석
가. 실험 방법
나. 실험 결과
2. 경도 분석
가. 실험 방법
나. 실험 결과
3. OM 분석
가. 실험 방법
나. 실험 결과
4. 전기전도도 분석
가. 실험 방법
나. 실험 결과
5. XRD 분석
가. 실험 방법
나. 실험 결과

Ⅲ. 결론
1. 결과 정리
2. 참고 자료

본문내용

다. 블로잉 작업을 한다. 광학 현미경을 이용하여 시편의 사진을 찍는다. 원하는 상의 사진이 나올 때 까지 과정을 반복한다
압력
100Mpa
300Mpa
500Mpa
소결 시간
0hr
2hr
10hr
소결 온도
500℃
700℃
900℃
입자 크기
4㎛
45㎛
나. 실험 결과
변수
결과 분석
압력
에칭을 2초, 4초, 6초로 진행할수록 부식이 많이 진행되어서 색깔이 변하고 검은 반점이 뚜렷해진다. 압력이 100MPa, 300MPa, 500MPa로 높아질수록 결정 크기가 커지는 것을 볼 수 있다. 이때 압력이 커질수록 분말입자들이 재배열되고 결국 입자가 깨지게 되고 소성변형이 일어나게 된다.
소결
시간
소결 0시간의 경우보다 소결 10시간 후 입자간 빈공간(검은색)이 줄어들고, 결정이 형성되어 성장한 것을 알 수 있다. 이것은 높은 온도에서 소결을 거치면서, 입자들이 팽창하면서 입자간 접합이 이루어지고 성장하는 것이다. 프레싱 후 입자간 결합은 물리적 결합으로만 이루어져 있는데, 열처리 후에는 기공이 줄어들고, 입자간 화학적 결합으로 더 강한 결합력을 갖게 된다. 입자간 접합으로 인해 표면적, 표면에너지가 감소하므로 결정이 성장한다.
소결
온도
그림과 같이 높은 소결한 경우의 결정 크기가 더 큰 것을 관찰할 수 있었다. 결정의 성장은 방향과 반대 방향으로 성장한다. 또한 결정이 성장함에 따라 결정 주위의 결정립경계와 부피 등이 감소하게 된다. 이때 결정의 성장은 그 결정이 가지고 있는 에너지와 밀접한 상관관계를 가지고 있다.
위의 식에서처럼 온도가 증가하면 k값이 증가하게 되고 그에 따라 결정의 직경이 커지게 된다. 경도에 미세 관찰을 적용해 보면, 소결 온도가 높아질수록 결정의 크기가 커지고 결정립계가 적어진다. 결정립계가 적어지면 전자의 이동에 방해가 줄어 전기전도도가 더 커질 것 이다. 저온에서 소결한 시편은 결정립의 크기가 작아 결정립계가 많아 결정립 사이사이에 2차원 면 결합인 결정립계가 많아지기 때문에 경도가 저온에서 소결한 것이 더 낮게 될 것이다.
입자
크기
결정립계가 에칭되어 나타나면 보다 확실하게 결정 크기를 비교할 수 있게 되는데 이때 기공은 과에칭이 되어 검게 나타나는 것을 확인할 수 있으며 결정 크기는 3㎛분말 시편의 경우 훨씬 작게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 분말의 크기가 작으면 분말 충진이 보다 조밀하고 Neck growth 현상이 활발히 일어나 기공을 많이 메우기 때문인 것으로 분석된다.
4. 전기전도도 분석
가. 실험 방법
(1) 실험 과정

(2) 전기전도도 분석
시편을 전극에 연결한다. 사단자 방법을 이용해 비저항 값을 측정한다. 공식을 이용해 전기 전도도 값을 계산한다.
나. 실험 결과
전류(A)
저항(Ω)
고유저항(Ω·m)
0~0.1
2.80E-04
1.83E-08
0.1~0.2
2.89E-04
1.90E-08
0.2~0.3
2.90E-04
1.90E-08
0.3~0.4
2.79E-04
1.83E-08
0.4~0.5
2.87E-04
1.88E-08
0.5~0.6
2.80E-04
1.84E-08
0.6~0.7
2.89E-04
1.89E-08
0.7~0.8
2.83E-04
1.86E-08
0.8~0.9
2.90E-04
1.90E-08
0.9~1
2.79E-04
1.83E-08
평균
1.87E-08
결과
분석
Homogeneous한 Cu의 고유저항 값은 1.67E-08 Ω·m 이다. 하지만 실험 결과 값은 더 높은 1.87E-08 Ω·m으로 나왔다. 시편은 균질 구리에 비해 porosity가 많고 결정립계가 많이 존재하는데 이것에 의한 전자의 scattering이 많이 일어나기 때문에 저항이 더 커진 것으로 추측된다. 이번 실험을 통해서 알 수 있는 Cu분말체와 균일한 구리의 전도도차이이다. 그러나 한 개의 소결조건에 대한 결과만으로는 변수에 따른 전기전도도의 변화를 분석할 수 없었다. 만약 소결 온도를 변수로 본다면, 온도가 낮을 수록, 높은 압력에서 제조할 수록 전도율이 높을 것으로 예상했다. 온도가 높을 수록 시편내의 원자들의 열적진동이 커져 전자의 이동을 방해할 것이고, 높은 압력일 수록 조밀하게 연결되어 있어 전자의 이동이 쉽고, 기공이 없어 전하가 기공에 쌓이는 현상이 발생하지 않을 것이라고 보았기 때문이다.
5. XRD 분석
가. 실험 방법
(1) 실험 원리

(2) XRD 분석
결정의 크기와 XRD peaks의 관계를 알 수 있는 Scherrer's equation을 적용시킨다.
Bragg`s Law에 의해 원자들이 모든 방향으로 산란시킨 X-ray 중 in phase의 관계를 이루는 것들만 diffracted beam을 형성한다.
나. 실험 결과
이번 실험에 사용된 Cu-10wt%Sn 시편의 XRD결과를 분석하여 어떤 합금의 JPCDS카드와 일치하는지를 알아 낼 수 있을 것이다.
Cu의 2θ값에 대한 강도
구리의 Peak을 큰 순서로 배열해보면 43.295도, 50.431도, 74.127도라는 것을 알 수 있으며 이를 JCPDS카드와 비교해 보면 각각의 면 족이 (111), (200), (220)임을 확인할 수 있다. 구리는 Cubic구조이므로 FCC 구조를 갖고 있다는 사실을 파악할 수 있다.
Sn의 2θ값에 대한 강도
주석의 Peak을 큰 순서로 배열해보면 30.644도, 32.018도, 44.902도라는 것을 알 수 있으며 이를 JCPDS카드와 비교해 보면 각각의 면 족이 (200), (101), (211)임을 확인할 수 있다. 이는 BCC구조의 조건을 갖고 있다는 사실을 파악할 수 있다.
Cu-10wt% Sn의 2θ값에 대한 강도
구리와 주석합금의 Peak을 큰 순서로 배열해보면 43.508도, 49.0도, 73.264도라는 것을 알 수 있으며 이를 JCPDS카드와 비교해 보면 각각의 면 족이 (없음), (002), (022)임을 확인할 수 있다. 이는 FCC구조의 조건을 갖고 있다는 사실을 파악 할 수 있다.
Ⅲ. 결론
1. 결과 정리
변수 분석요소
밀도
경도
결정 크기(OM분석)
압력
비례
비례
비례
소결 시간
비례
반비례
비례
소결 온도
비례
비례
비례
입자 크기
반비례
반비례
비례
2. 참고 자료

키워드

압력,   소결시간,   온도,   물성