[재료공학기초실험]세라믹의 경도와 인성의 측정 2부

실험 방법

1. 실험 과정

1) 경도를 측정한 시편을 먼저 polishing 한다.

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2) 테스터의 전원을 키고 좌측상부에 있는 전구에 불이 켜졌는지 확인후 5분간 Warming-up.

3) 시편을 시편대에 올리고 최고배율 렌즈로 초점 조정.

4) holding time : 25sec, loading speed : 150㎛/sec, 하중 : 5㎏

5) 대안렌즈의 두선을 맞추고 리셋키를 눌러 영점조정

6) 렌즈에서 indenter로 바꾸고 start키를 누른다.

7) start 버튼에 불리 꺼지면 다시 렌즈로 바꾸고 대안렌즈의 선을 움직여 압입흔적의 양꼭지점에 맞춘 후 Read 버튼을 누른다.

8) 6), 7)번의 과정을 5회정도 반복한다.

9) 시편을 내리고 전원 Off

실험 결과

1. 결과 분석

측정회수	2dx	2dy	Hardness	2cx	2cy	KIC
1	136.6	139.1	19.11Gpa	507.4	497.9	5.0Mpa
2	138.5	136.0	19.28Gpa	461.8	474.8	5.5Mpa
3	142.1	136.7	18.70Gpa	429.6	499.0	5.7Mpa
평 균	139.1	137.3	19.03Gpa	466.3	490.6	5.4Mpa

1) 평균 d = (dx+dy)/2 = (139.1+137.3)/2 = 138.2㎛

 

2) 평균 c = (cx+cy)/4 = (466.3+490.6)/4 = 5.4㎛

 

3) 평균 (Hardness)

2Psinα/2/dc = 1.8544P/d2 = 1.8544×20×9.8N/(138.2×10-6)2 = 19.03Gpa

 

4) 평균

KIC = η(E/H)0.5PC-1.5 = 0.022(670×109Pa/4.904×1010Pa)0.5(5×9.8N)(85.91×10-6)-1.5

= 5.40106Pa = 5.40MPa

 

토의 사항

1. 실험 고찰

미리 만들었던 시편을 가지고 하는 실험이라서 특별히 힘을 들여 무언가를 만들어 내는 것보다는 현미경을 이용한 시편의 크랙의 세밀한 관찰의 여부가 가장 중요한 요소 같았다.

수업중 현미경의 사용용법에 대해서 자세히 설명해주신 관계로 실험상의 크랙의 수치를 파악하기는 쉬웠다. 그렇지만 시편주위의 크랙이 사람이 눈에 따라 약간의 오차를 가져올 수 있기 때문에 실험에 있어 정확성이라는 말을 하기는 어려울 것 같다. 조원들끼리 번갈아 가면서 시편의 크랙을 측정하기로 했었는데, 앞 사람과 뒷 사람이 자신의 측정치를 말하고 난 뒤 번갈아가면서 눈으로 측정해 보았는데, 수치가 다르게 나왔다. 크랙의 끝점을 어디로 잡느냐의 차이에 의한 오차였는데, 시력의 차이가 크게 착용하는 것 같다. 

실험을 마치고 실험값을 공식에 대입하여 계산을 하는 과정에서 약간의 문제가 생겼다. 각 수치들의 단위 환산이 잘 안되는 관계로 조교선배님들께 물어 보면서 계산을 했다. 헌데 계산이 계속 틀리는 바람에 다른 조원들과 토론을 하기도 했다. 결국엔 경도와 인성의 값을 이론상 수치에 근접한 값으로 나온 것을 확인하고 실험실을 나왔다. 지금까지는 개인적인 실험상의 생각들이었다. 다음은 이번 실험의 정확성을 위한 주의 사항에 대해 말해보겠다.

시편의 두께는 경도측정에 영향을 주지 않는 충분한 두께를 가져야 하고, 오목부의 대각선 길이의 105배 이상으로 한다. 시편은 시험하중 선정의 다른 제한이 없는 한 크게 선정한다. 계측현미경은 그 시야 직경이 70%이내의 오목부 대각선 길이 측정에 사용되는 것이 바람직하다. 시험시 부하속도, 하중유지시간등도 경도 값에 영향을 주므로 이들 조건을 일정하게 유지할 필요가 있다. 시험조건이 변해도 경도 측정값이 거의 변하지 않는 시간 이상의 조건에서도 경도 시험이 실시되어야 한다. 시험하중을 규정된 크기로 유지하는 시간은 특별히 지정하지 않는 한 10-15초로 하며, 시험온도는 10-35℃의 범위 이내로 한다. 

시험하중을 가하고 제거한 후 시험편에 생기는 오목부 대각선의 길이와 측정의 정확성이 경도 측정값의 오차를 결정한다. 오목부는 두 방향의 대각선 길이는 1㎛까지 판독하도록 하며, 측정자에 기준 시편을 측정하여 개인오차를 사전에 구하고 오목부 대각선 길이의 측정치를 보정해 준다. 이렇게 측정된 오목부 두 방향의 대각선 길이의 평균치를 이용하여 식에 의거 산출하거나 환산표에 의해 경도를 측정한다. 측정을 위해 압자가 작동을 시작하면 주위에 진동을 없애야 하고, 오차를 최대한 줄이기 위해 압입흔적과 creak의 길이는 최소 5회 이상의 실험으로 측정하여 평균을 구해야 한다. 오차는 주로 표점거리 측정시에 사용된 선의 두께와 실험기구의 마모, 시편의 폴리싱 상태등에 의해서 많이 발생한다.

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