[실험 보고서] 냉각 실험 - 냉각곡선에 의한 상평형도 작성

소개글

[실험 보고서] 냉각 실험 - 냉각곡선에 의한 상평형도 작성에 대한 보고서 자료입니다.

목차

Ⅰ. 서론 ……………………………………………………………………1

　1.1. 연구배경 및 목적………………………………………………………1
　　1.1.1 연구배경 ………………………………………………………1
　　1.1.2 연구목적………………………………………………………1

　1.2. 관련이론……………………………………………………………1
　　1.2.1. 응고…………………………………………………………………1
　　1.2.2. 잠열…………………………………………………………………2
　　1.2.3. 순금속의 냉각곡선……………………………………………………2
　　1.2.4. 과냉…………………………………………………………………2
　　1.2.5. 열분석………………………………………………………………3
　　1.2.6. 냉각곡선 중 나타나는 여러 가지 변태점의 형태…………………3
　　1.2.7. 열전대………………………………………………………………4　


Ⅱ. 본론 ……………………………………………………………………6

　2.1. 실험재료 및 실험장치…………………………………………6
　　2.1.1 실험재료 ………………………………………………………6
　　2.1.2 실험장치………………………………………………………6
　2.2 실험방법 ………………………………………………………7


Ⅲ. 결과 및 고찰 ………………………………………………………8

　3.1. 실험결과……………………………………………………………8
　　3.1.1 데이터 ………………………………………………………8
　　3.1.2 그래프………………………………………………………8
　3.3.고찰……………………………………………………………11


Ⅳ 참고문헌………………………………………………………………11

본문내용

듐선을 많이 사용한다.
C.A 열전대는 현재 공업용으로 가장 널리 사용되는 열전대로써 최고 1200도 정도까지 내열도를 유지하며 기전력 특성의 직전성이 양호하고 내열, 내식성이 높은 것이 특징이다. 산화성분위기에서는 안종되나 환원성분위기에서는 매우 약하며 특히 아황산 가스에 대해서는 열기전록이 저하되며 부식이 되어 파손되는 단점이 있다.
1821년 제베크(Thomas Johann Seebeck)는 두 종류의 금속 A, B를 접합하고, 양 접점에 온도를 달리 해주면 온도차에 비례하여열기전력이 생긴다는 것을 발견했다.
한쪽 접촉점을 기준점으로 삼고 측정하고자 하는 부위에 다른 접촉점을 위치하면 기전력의 크기로 온도차를 알 수 있으므로 기준점의 온도와 비교하여 온도를 측정하게 된다. 보통 기준 접촉점은 온도가 일정하여 기준접점이라 하고, 측정하고자 하는곳에 위하는 접촉점을 측온접점이라 부른다.
온도가기전력의 크기로 나타나므로 이를 전기 신호로 증폭할 수 있어측정이 용이하다. 열전대와 열전대의 기전력으로 온도를 환산하는 장치 간에 거리가 멀어도 되며 회로 도중의 온도 변화는 측정치에 거의 영향을 주지 않는다. 정밀도에 비해 가격이 싸며. 넓은 온도 범위 측정이 가능하다. 열전대는 -200~1700℃까지 넓은 범위의 온도범위를 0.1~1%의 오차로 측정이 가능하고, 역학적 유연성이 있어 형태를 사용 부위에 따라 적합하게 바꿀 수 있다. 하지만 측정하려는 곳에 따라 사용할 수 있는 열전대의 종류에 제한이 있고, 측정온도의 0.2% 이상의 정밀도를 얻는 것이 힘들다. 기준접점에 상대적인 온도가 측정되는 것이므로 기준접점이 일정 온도에 유지되어야
하고, 고온에서 사용하는 경우 열화에 의해 산화되므로 정기적인 점검이 필요하다.
1ms(0.001초)의 빠른 응답속도를 위해 머리카락보다 가는 열전대도있지만, 보통은 직경이 0.5~1mm 정도의 선으로 만들어진다. 열전대는 접점 형태에 따라선단 노출형,접지형, 비접지형으로 나눌 수 있다. 선단노출형은 열전대를 보호대 밖으로 노출시킨 형태로온도 변화에 대한 응답속도가 빠르지만 기밀성이 좋지 않아 고온, 고압, 부식이 많은 곳에서의 사용은 피해야 한다. 접지형은 접점을 금속으로 된 보호대 외피에 연결한 형태로 응답속도가 좋으면서도 고온 고압에 사용할 수 있다. 그러나 접점이 금속 외피에 연결되어 있어 전압이 있는 곳에선 적합하지 않다. 비접지형은 열전대가 외부와 완전히 절연된 상태로 응답속도는 떨어지나 외부환경에 견고하다. 열전대로 사용하기에 적합한 물질에 요구되는 특징은 열기전력이 높아 측정이 용이 해야 하며, 극한 상황에서 온도를 측정하기 위해서는 내열성 내식성이 좋아야 하고, 물리적으로도 튼튼해야 한다. 오랜 시간 사용해도 물질이 변하지 않아 일정한 열기전력을 나타내야 하며, 보완 보수를 위해 형성이 까다롭지 않아 동일한 열전대간 호환되어야 한다.
Ⅱ. 본론
2.1. 실험재료 및 실험 장치
2.1.1 실험재료
Lead(Pb), Tin(Sn)
2.1.2실험장치
전기저항 가열로(Ni-Cr선, Kanthal선)
온도측정기구(Potentiomter등)
보호관을 갖춘 Chromel-Alumel 열전대
흑연 도가니, stop watch(초시계), 영점보정용 보온병, 열전대
X-Y Record
2.2 실험방법
1. 표 1.1에 표시된 각 시편들을 용융 온도보다 약 70℃이상의 온도까지 가열한다.
2. Chromel-Alumel 열전대를 보호관을 씌워 용융 금속 중에 담근다.
3. 냉각속도가 5℃/min이 되도록 온도를 조절한다.
4. 용융시편의 온도구배를 감소시키고 화학적 균질성을 개선시키기 위해 교반 막대를 이용하여 용융 금속을 저어준다.
5. 10초마다 온도를 읽어 기록하거나 자동기록계를 이용한다.
표 1.1 시료조성(wt%)
시 편 N0.
Pb%
Sn%
1
100
0
2
90
10
3
82.6
17.4
4
60
40
5
20
80
6
0
100
6. 본 실험을 위한 열분석 장치의 개요를 그림1.7에 표시한다.
X-Y Recorder
그림 1.7. 열분석 장치
Ⅲ. 결과 및 고찰
3.1.1 데이터
3.1.2 그래프
(실험을 통해 얻은 대략적인 Pb-Sn 상평형도)
3.3.고찰
이번 실험은 Pb와 Sn의 분율을 다르게 하여 융점을 측정해 합금의 냉각곡선과 그 합금계의 상평형도를 작성해보는 실험이었다. 열전대를 이용해 시간에 따른 냉각곡선을 구한 후 용융잠열이 발생하는 상변태 구간의 온도를 알아내는 것이 주된 실험과정이었는데 각각의 분율마다 다른 과냉각, Breaking point, 잠열구간 등 여러 가지 정보를 알 수 있었다. 또한 시간에 따른 냉각곡선을 구한 후 용융잠열이 발생하는 상변태 구간의 온도를 알아내어 각각 조성에 따르는 상변태 온도를 가지고 Pb-Sn의 상태도를 대략 적으로 그려보았는데 교수님께서 수업시간에 나누어주신 상평형도와 비교해가며 냉각곡선에서 각 상변태 구간을 찾아가며 수행하였다.
그 후 이론공부와 실험을 통하여 Pb와 Sn의 합금의 융점이 Sn-50wt%가 아니라 Sn-72wt%에서 최저 온도가 나오는 것을 확인 할 수 있었다. 그 이유는 Pb와 Sn의 원자량이 다르기 때문이라고 생각해보았다.
또한 합금 될 경우 그 합금의 조성에 따라서 그 온도가 달라진다는 것과 합금시 융점이 떨어지는 것도 확인할 수 있었다. 그 이유는 Pb나 Sn에 불순물이 들어가서 금속의 결합력이 떨어지기 때문이라고 생각해보았다.
이번 냉각곡선에 의한 상평형도 작성 실험은 확산실험보다 간단했지만 냉각곡선을 그리는 과정과 상변태 구간을 찾는 과정에서 어려움을 겪었었다. 또한 합금의 융점이 상평형도에 나타난 온도보다 10-20° 정도 높게 나오는 구간들이 있어 의아했는데 그 오차는 이상적인 조건을 다 만족하는 실험이 불가능했기 때문에 나온 것이라 생각한다.
Ⅳ 참고문헌
재료과학 (William D.Callister,Jr. & David G.Rethwisch)
Naver 블로그 / 지식백과(금속공학 관련)
UC버클리 토목환경공학과 Pdf자료
http://www.ce.berkeley.edu/~paulmont/CE60New/alloys_steel.p

키워드

냉각곡선,   상평형도,   Pb,   상평형도 작성,   신소재공학,   Pb-Sn 합금,   과냉,   냉각 실험