Chapter 1

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수희 신
5 years ago
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1 재료과학 I 교과목의목적 : 재료과학기본개념들의소개와이해 교과목의주요내용 : 재료의구조 구조와물성간의관계 공정과구조와의관계 교과목의학습목표 : 적절한재료활용능력 재료가관련되는설계문제의해결능력 1

2 교과목담당교수 : 고민성 강의시간 : 목 2-3 교시, 금 5 교시, 강의실 : 108 강의실강의중학습활동 : 강의, 필기시험, ( 연습 ), 레포트 튜터수업 : 필요시추가 연락처 : msko876@pknu.ac.kr 면담 : 사전 예약제로운영 2

3 교재 주교재 : Materials Science and Engineering: An Introduction W.D. Callister, Jr., 7th edition, John Wiley and Sons, Inc. (2007). ( 번역서 : 재료과학과공학, 박인규외공역, 시그마프레스 ) 부교재 ( 참고교재 ): 수업계획서참조 3

4 공학 (Engineering) 이란? Engineering is the profession in which a knowledge of the mathematical and natural sciences gained by study, experience, and practice is applied with judgment to develop ways to utilize, economically, the materials and forces of nature for the benefit of mankind. (Adopted by Accreditation Board for Engineering and Technology) 6

5 각각어떻게다른가? Scientist Engineer Technologist and Technician Skilled Trades/Craftspersons The scientist seeks to know, the engineer aims to do. 7

6 엔지니어 (engineer) 의역할은? 1 Research 2 Development 3 Design 4 Production and Testing 5 Construction 6 Operations 7 Sales 8 Management 9 Consulting 10 Teaching 8

7 1 장서론 재료과학은무엇이고왜배워야하는가? 재료와함께한인류의역사 석기시대 (Stone Age) 청동기시대 (Bronze Age) 철기시대 (Iron Age) 현대는? 9

8 재료공학원리의 4가지구성요소공정 (processing) 구조 (structure) 성질 (properties) 성능 (performance) (1) 재료공학은위의 4 가지구성요소간의관계가서로긴밀하게연관되어있으며, 어느한가지요소가바뀌면나머지요소도변화한다. (2) 그로부터얻은지식을실생활에활용하는학문 10

9 금속 (Metals): 고강도, 연성 고열전도도, 전기전도도 불투명, 빛을쉽게반사 재료의분류 세라믹스 (Ceramics): 취성, 고탄성 부도체 ( 절연체 ), 낮은열전도도 고분자 (Polymers/plastics): 저강도, 연성, 저밀도 ( 가볍다 ) 열및전기의절연체 광학적으로반투명또는투명 - 원자결합방식의차이로부터기인한구조의차이에서재료는위와같이분류된다.

10 재료의분류 복합재료 (Composites): 서로다른두가지이상재료의조합 Strong( 강성 ), ductile( 연성 ) high thermal & electrical conductivity( 금속 : 자유전자 ) opaque( 불투명 ), reflective( 반사 ) 신소재 (Advanced Materials) 반도체 (Semiconductors)- 도체와절연체의중간적성질 ( 재료내불순물농도및분포를제어하여재료의전기적특성조절 ) 생체재료 (Biomaterials)- 인체무해, 인체조직과의조화 ( 금속, 세라믹, 폴리머, 복합재료, 반도체 ) 스마트재료 (Smart Materials)- Sensor+Actuator ( 형상기억합금, 압전세라믹, 자기변형재료, 자성 / 전성유체 ) 나노재료 (Nanoengineered Materials)- 크기에의해분류 (Nano=10-9 m, 물질의물성적 / 화학적성질은입자의크기가원자크기에접근하게되면현격히달라짐 )

11 재료의전기적성질의예 구리의전기비저항 (Electrical Resistivity of Copper) 비저항 Resisti vity, r (10-8 O hm-m) Adapted from Fig. 18.8, Callister 7e. (Fig adapted from: J.O. Linde, Ann Physik 5, 219 (1932); and C.A. Wert and R.M. Thomson, Physics of Solids, 2nd edition, McGraw-Hill Company, New York, 1970.) T ( C) - 구리와니켈은 100% 전율 solid solution( 고용체 ) 를만드는물질이며, 이렇게되면순수한구리의자유전자가이동할때용질로들어간니켈에부딪혀전도도의방해를받게되고저항은증가하는형태가된다. 또한, 재료를가공을하게되면, 재료내부에다량의전위가발생하게되며전위에의해자유전자의산란이발생하여전기전도도는감소하게된다. ( 금속의경우회복과재결정과정은전기전도도증가를유도하는한가지방법이다. ) 13

12 재료의열적성질의예 구리의열전도도 (Thermal Conductivity) Thermal Conductivity (W/m-K) Composition (wt% Zinc) Adapted from Fig. 19.4, Callister 7e. (Fig is adapted from Metals Handbook: Properties and Selection: Nonferrous alloys and Pure Metals, Vol. 2, 9th ed., H. Baker, (Managing Editor), American Society for Metals, 1979, p. 315.) - 열을전달하는자유전자의움직임이방해받아열전도도가감소한다. 14

13 재료의자기적성질의예 규소강의투자율 (Magnetic Permeability) 변화 자화 Magnetization < 철과규소강의자화곡선 > Fe+3%Si Fe Adapted from C.R. Barrett, W.D. Nix, and A.S. Tetelman, The Principles of Engineering Materials, Fig. 1-7(a), p. 9, Electronically reproduced by permission of Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, New Jersey. Magnetic Field - 변압기에들어가는 core 가규소강판으로구성된다. 이는발전소에서전력손실을줄이기위해고압으로전달되는전력을가정으로보내기직전에전압을낮출목적으로변압기내부재료로사용된다. 15

14 재료의광학적성질의예 단결정 (single crystal) Polycrystal ( 다결정 ): low porosity polycrystal: high porosity 이온결합성세라믹스 (ex: Al2O3) Adapted from Fig. 1.2, Callister 7e. (Specimen preparation, P.A. Lessing; photo by S. Tanner.) 동일한재료임에도불구하고광학적성질이다른이유는구조가다르기때문이다. 다시말해가시광선이투과하게되면투명한특성을나타내며, 기공에서산란현상으로인해그대로투과하지못하게되면불투명한특성을나타내는것이다. 16

.,,,,,,.,,,,.,,,,,, (, 2011)..,,, (, 2009)., (, 2000;, 1993;,,, 1994;, 1995), () 65, 4 51, (,, ). 33, 4 30, (, 201

4 21.,,,.,,. 1, 2, 3, 4.,,,,,,.,,,,., ( ). 60-66,,,,,.. (Corresponding Author): / / 303 Tel: 063-220-2495/ E-mail: ikkim@jj.ac.kr .,,,,,,.,,,,.,,,,,, (, 2011)..,,, (, 2009)., (, 2000;, 1993;,,, 1994;,