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재료과학

재료과학 - 재료와 공정의 조직화

by 열려라나의인생 2024. 1. 3.

조직도 : 재료와 공정의 조직화의 서론 및 개요

 

성공적인 산물은 그들의 잠재력과 특성을 충분히 개발한 재료를 말하며 이러한 역할 수행이 훌륭한 산물은 재료적으로도 가치가 있으며 사용자에게 큰 편리를 제공하며 역할에 적합한 최고의 재료를 뜻한다.

금속, 고분자, 세라믹스 등과 같은 재료의 군에 대해 다음에 자세히 소개할 것이다.

 

만약 우리가 재료를 사용하기 위해 설계를 한다면 우리는 무엇을 알아야 할까?

그 논제는 다양한 종류의 재료정보에 대해서도 자세히 알아볼 것이다. 하지만 그런 것들은 우리가 찾고자 하는 재료의 끝이 아니다. 재료를 찾는다는 것은 설계의 요구 조건을 어느 정도 만족하는 재료 특징의 어떤 윤곽을 나타낼 뿐이다.

각군은 그들 나름의 비슷한 특징적 윤곽을 가지고 있다. 그 특징들은 주어진 설계 및 사용상황에 적절히 사용할 때 유용하게 이용된다. 

앞으로 재료를 구분하는 기준이 무엇이고 어떻게 그것이 기준이 되는지 공부해보겠다.

또 그것들을 통해서 군을 조직하고 편리하게 다룰 것인지 나타내겠다. 

 

 

재료를 체계화하는 것 ( 재료 분류)

 

재료를 구분하는 것은 공학적으로 6가지 군으로 금속, 중합체, 탄성 중합체, 세라믹스, 유리 그리고 하이브 리드로 나뉘는데 복합체는 그것들을 둘 또는 그 이상을 합해서 만들어진다. 이렇게 나뉜 것에는 그만한 이유가 있으며, 군들을 구성하는 구성체들은 공통적인 특징, 유사한 특성, 유사한 공정 과정, 유사한 응용분야를 꼭 가지고 있다.

 

이것들 모두는 속성의 집합으로 인해 구분된다. 예를 들어 재료모집단은 금속이라는 군을 포함하고 있는데, 금속은 알루미늄합금이라는 분류를 가지고 있고 그것은 또한 6000시리즈라는 하위분류를 가지며 그 내에서 우리는 특별한 구성체인 'ALLOY 6061'을 찾을 수 있다. 그것은 그리고 모든 다른 모집단의 구성체를 가지고 있으며 그것들은 안에서 말했듯이 속성의 집합으로 인해 구분될 뿐 아니라, 그것의 사용과 그것의 전형적인 적용, 즉 공정 특징인 환경적 결과로도 또한 구분된다. 우리는 이런 것들을 특성정보라 부른다. 재료의 설계에 있어서 선택은 특성 정보 사이의 최고의 조합을 찾는 것으로 이루어져야 할 것이다. 이미 언급했다시피 한 군의 구성체는 공통적으로 어떤 특징을 가지고 있다.

여기에 간략하게 그것의 몇 가지를 소개하겠다.

 

 

금속

 

 

금속은 상대적으로 강성이 높다. 강성은 E로 측정된다. 순수금속재료는 대부분 연하며, 쉽게 변형되며, 평균적으로 항복응력이 낮다. 합금과 기계적인 변형, 그리고 열처리와 항복응력을 높임으로써 강도를 증진시킬 수 있으며, 그러면서도 여전히 연성을 가지고 있기 때문에, 소성 가공으로 모양을 변형시켜 가공할 수도 있다. 그리고 금속은 실용적으로 높은 파괴 인성을 가지므로 인성이 강하다. 그들은 또한 전기적 열적으로 도체이다. 하지만 금속은 경도가 낮고, 화학적으로 반응을 잘하고 대부분 방식 되어 있지 않는 환경에서는 쉽게 부식이 일어난다.

 

세라믹은 비금속류로 작 또는 알루미나와 같은 무기물 고체로서 절연체의 중심적인 재료이다. 그것은 다양한 매력적인 성질을 가지고 있는데 강성이 높고 경도와 내마모성이 강하며 높은 온도에서도 그 강한 내구성과 강도를 유지할 수 있고 부식성에도 강한 모습을 보인다.

그들은 또한 약점을 가지고 있는데 금속과 다르게 낮은 인성을 가지기 때문에 취성을 나타낸다. 이것이 세라믹이 응력집중(정공 또는 균열) 또는 높은 접촉 능력에 대한 낮은 파괴저항성을 나타내는 이유이다. 이런 이유로 인해서 세라믹은 금속보다 재료의 설계에 사용되기가 어렵다.

 

유리는 비정질 고체이다. 가장 흔한 것은 석회수와 붕 규산염 유리로 병과 파이렉스 오븐기구로 잘 알려져 있지만 그것은 그것보다 훨씬 많은 종류가 존재한다. 결정구조의 결핍은 세라믹과 유리들과 같이 경하며 눈에 띌 정도로 부식성이 강하지만, 가소성을 떨어뜨린다. 그들은 전기적인 절연체로 잘 알려져 있으며 투명하다. 하지만 유리는 취성이며 응력집중에 약한

단점을 가지고 있다.

유리 건물

 

고분자는 탄소원자의 긴 사슬형태를 기본으로 한 유기적인 고체이다. 고분자는 가벼우며 가장 가벼운 금속의 밀도보다도 더 작다. 또한 다른 재료군들과 비교해서 강도가 약하지만, 탄성계수는 금속보다 약 50배 정도 작은 성질을 보인다. 하지만 그들의 낮은 밀도와 그들의 단위무게당 강도를 감안하여 금속의 강도와 비교했을 때 오히려 금속보다 더 강해질 수도 있다. 그들의 성질은 온도에 의존하기 때문에 고분자는 실온에서는 인성이 높고 유연하지만 -4도에서는 취성이며 또한 끓는점이 100도에서는 고무같이 된다. 그러나 어떤 것들은 150도 이상에서 쓸만한 강도를 가지는 것도 있다.

설계에서 이런 면들이 허용된다면 고분자의 이러한 이점은 큰 장점이 될 수도 있다. 그리고 이러한 고분자들은 매우 많이 존재한다. 그들은 성형을 하기에 쉬우며(이것이 왜 그들을 플라스틱이라고 부르는 이유이다) 복잡한 부품으로 가공시켜 몇몇의 기능을 단일 작업에서 고분자로부터 몰드화시킬 수도 있다. 그들의 물성은 부품으로 성형하기에 적합하기 때문에 서로를 잘 결합시키게 하여 쉽고 빠르게 조립을 할 수 있다. 그리고 정확하게 크기를 제어할 수 있기 때문에 주형과 사전 중합체 색조정이 가능하여 마무리 작업이 필요 없다. 좋은 성형성은 이런 성질에 큰 역할을 한다.