마인드 맵 갤러리 재료공학개요(1)(1)
재료의 역사와 발전, 재료의 분류, 재료공학의 4대 기본요소, 재료의 합성과 가공 등 재료공학 개요(1)(1)에 대한 마인드맵입니다.
2024-03-10 19:32:59에 편집됨재료공학 개요
재료의 역사와 발전
재료
물질은 물질이지만 모든 물질이 물질인 것은 아니다
정의: 인간 사회에서 허용되고 유용한 장치를 경제적으로 제조하는 데 사용할 수 있는 물질을 말합니다.
효과
소재는 인류사회 발전의 이정표다
인간 사회
과학 기술
소재는 경제사회 발전의 기초이자 선구자이다
1. 산업혁명과 산업발전의 선구자이다.
2. 다양한 산업의 기반이 됩니다.
3. 첨단기술 발전의 기반이다
소재 개발의 7개 시대
석기시대(도자기)
청동기 시대(인류 역사상 최초의 합금은 구리-주석 합금)
철기 시대
시멘트 시대
강철 시대
실리콘 시대
신소재시대
재료의 분류
구성과 구조에 따라 분류
금속 소재
단순한 금속의 결합 결합은 금속 결합입니다.
무기비금속재료(세라믹)
세라믹 재료는 주로 이온 결합을 기반으로 합니다.
고분자 재료
거대분자의 원자는 강한 공유결합으로 결합되어 있다
복합 재료
결합이 매우 복잡함
성능별로 분류
구조재료 - 엔지니어링 부품재료, 기계제조재료 등
기계적 성질 강조
기능성 소재 - 전자재료, 반도체재료, 자성재료, 에너지재료, 생체재료 등
물리적, 화학적 특성에 대한 강조
응용 및 개발별로 분류
전통재료
신소재
재료과학과 공학의 4가지 기본 요소
성능
연구자료의 출발점과 목표(발판점)
합성가공
조직 구조
핵심
화학적 구성 요소
구조재료의 고장
재료가 더 이상 계속 사용할 수 없을 때까지 외부 하중과 환경의 결합된 작용으로 인해 원래 성능을 잃을 때 파손이 발생합니다.
물질적 실패의 형태
과도한 변형
과도한 탄성 변형 → 불충분한 강성은 부품의 과도한 탄성 변형의 근본 원인입니다. (세라믹은 탄성 계수가 가장 높습니다.)
과도한 소성변형 → 낮은 항복강도가 부품의 과도한 소성변형의 근본 원인
둘 사이에는 뚜렷한 차이가 없습니다.
골절 실패
균열 발생, 전파, 최종 파괴의 세 가지 과정이 있습니다.
골절의 분류
소성변형량 : 연성파괴 취성파괴
균열전파경로 : 입내파괴 입계 골절
정적 및 충격 하중 하에서 부품 파손
교번 하중에 따른 부품의 피로 파괴
피로 파괴를 유발하는 응력은 정하중 하에서의 항복 강도보다 낮은 경우가 많습니다.
부서지는 동안 눈에 띄는 거시적 소성 변형이 없으며 이는 취성 파괴입니다.
피로파괴는 균열의 형성, 전파 및 최종파괴를 명확하게 나타낼 수 있습니다.
스트레칭 피로
인장 및 압축 피로
굽힘 피로
역피로
다양한 혼합 스트레스 모드로 인한 피로
정적 및 충격 하중 하에서 부품 파손
크리프 강도
지속적인 힘
표면 손상 실패
분류
표면 마모
접촉 피로
표면 부식
마멸
접착마모, 연마마모, 부식마모, 피로마모
재료 표면 경도를 향상시키는 것은 다양한 마모 조건에서 내마모성을 향상시키는 열쇠입니다.
부식
부식 특성
화학적 부식
전기화학적 부식
부식된 부품
균일한 부식
피팅 부식(피어싱)
입계 부식
재료 특성 및 성능
부동산 분류
자기적 성질
열적 특성
열 효과: 열 흡수, 열 전달 및 팽창
전기적 특성
유전체
유전 상수
유전 손실(유전 손실이 적고 절연 성능이 좋음)
유전 강도(유전 강도가 높다는 것은 절연체 품질이 좋다는 것을 의미함)
유전체가 나쁠수록 절연성이 좋아집니다.
광학적 특성(형광)
재료의 기계적 성질
정의: 다양한 하중과 환경에서 재료의 변형 및 파괴 거동
카테고리: 탄성변형 소성 변형
강도(외력) : 인장강도, 압축강도, 전단강도, 피로강도 크리프 강도와 내구성 강도는 고온에서 변형과 파손에 저항하는 재료의 능력을 측정한 것입니다.
탄력성과 가소성
가역성(탄성)과 비가역성(가소성)
인성과 취성
인성을 측정하는 지표에는 충격인성과 파괴인성이 포함됩니다.
경도(Hardness): 국부적인 변형에 저항하는 재료의 능력을 나타냅니다.
재료 합성 및 가공
원료의 선택
천연광물소재(철광석, 방연광 등)
무기화학 원료
산화물 원료(알루미나, 산화마그네슘, 스피넬, 멀라이트 등)
비산화물 원료
유기화학 원료(천연 및 합성 소재)
재료 준비
기상법(기체를 직접 사용하거나 다양한 수단을 통해 물질을 기체로 변화시키는 방법)
PVD 방식(물리적 기상 증착법)
CVD법(화학기상증착법)
액상법
용융법, 용액법, 계면법, 액상침전법, 졸겔법, 수열법(고온고압 또는 고온상압), 스프레이법, 용액성장법,
고체상법
고온 소결 방식
분말 야금
고상 축중합법
자기전파형 고온 합성방법
재료 성형 가공
성형방법 분류
자유 흐름 성형
강제 흐름 형성
강제 플라스틱 성형
기타 성형
성형성
금속주물은 재료의 유동성을 이용하여 성형됩니다.
유동성 및 소성 변형성
금속재료의 성형 및 가공방법
주조
플라스틱 성형
연결몰딩
머티리얼 디자인
재료는 제조, 사용, 폐기 및 재활용 과정에서 환경 친화성이 좋아야 합니다.
재료 구성 및 조직 구조
구성 : 물질을 구성하는 요소의 종류와 함량을 말하며, 일반적으로 (w)와 (x)로 표시됩니다. 성분: 물질을 구성하는 가장 기본적인 독립 물질을 말하며, 순수한 원소일 수도 있고 안정한 화합물일 수도 있습니다. 상(Phase) : 동일한 화학적 조성과 동일한 구조를 갖는 물질의 균질한 부분을 말합니다. 구조: 각 성분 상의 모양, 크기 및 분포를 반영하는 재료 내부의 미세한 형태를 나타냅니다.
구조: 물질을 구성하는 단위(원자, 이온, 분자 등) 사이의 상호 인력과 척력이 공간적으로 배열되어 있는 것
구조 수준
매크로 수준
미세한 수준
마이크로 레벨
자재 조직 구조
이온결합과 이온결정
1. 이온 결합의 강한 결합력으로 인해 이온 결정은 일반적으로 녹는 점, 끓는점 및 경도가 더 높습니다.
2. 일반적인 이온결정은 무색투명하다.
3. 이온 결정은 좋은 절연체이다
공유결합과 공유결정
방향성 및 포화성
금속 결합 및 금속 결정
분자 결합과 분자 결정
분자 결정의 경도가 매우 낮고 녹는점과 끓는점도 매우 낮습니다.
수소 결합 및 수소 결합 결정
방향성 및 포화성
고체 물질의 세 가지 구조
준결정
결정(Crystal)과 비정질(Amorphous) 사이의 결정의 일종
무정형
내부 입자의 3차원 공간이 주기적인 반복 배열을 나타내지 않는 고체입니다. 단거리에서는 규칙적인 배열을 갖지만 장거리에서는 규칙적인 배열을 갖지 않습니다.
결정
원자나 원자단, 이온 또는 분자가 3차원 공간에서 주기적이고 반복적으로 규칙적으로 배열되어 형성된 고체를 말합니다.
구조적 기초
공간격자와 단위세포
단위 셀은 간격 없이 병치되어 있으며 완전히 동일합니다.
다른 개념
(1) 단위 셀에 포함된 원자의 수: 단위 셀에 포함된 원자의 수를 나타냅니다. (2) 원자 반경: 단위 셀에 포함된 가장 가까운 두 원자 사이의 거리의 절반 (3) 배위수: 결정을 나타냅니다. 격자(lattice) 단위 셀 내 원자와 동일한 거리에 있고 가장 가까운 원자의 수 (4) 밀도(Density): 단위 셀 내 원자 자체가 차지하는 부피 분율을 말하며, 밀도(close-packing Coefficient)라고도 함 결정 격자
결정 결함
점결함
본질적인 결함(공석, 공백)
불순물 결함(대체 원자는 불순물 결함이어야 함)
전자 결함(비화학양론적 구조 결함)
라인 결함(탈구)
표면 결함
결정과 비정질 결정의 차이점: 1. 결정의 원자 배열은 장거리 질서를 갖는 반면, 비정질 원자의 배열은 장거리 질서를 갖지 않습니다. 2. 결정은 깔끔하고 규칙적인 기하학적 모양을 갖는 반면, 비정질 모양은 불규칙합니다. 3. 결정은 고정되어 있다. 비정질 결정의 녹는점은 불분명하다. 4. 단결정도 이방성을 갖고 있는 반면, 비정질 결정은 등방성을 갖는다.