[공학] 광학현미경 관찰 - 저탄소강을 이용하여 금속 소재의 미세구조를 관찰

1.실험 목적

저탄소강을 이용하여 금속 소재의 미세구조를 관찰하는 방법을 습득한다.

2.이론적 배경

1)etching : 금속표면의 침식작용에 의거 금속을 그 표면으로부터 분리 제거하는 처리기술을 etching 이라고 한다. 즉, 금속재료를 전기 물리적 또는 화학용해 작용을 이용하여 금속 일부분을 침식제거 하는 것을 말한다. 단상 결정립의 화학적인 반응은 결정학적 방위에 따라 차이가 있어 etching 후 grain boundary을 즉 작은 홈(groove)를 관찰할 수 있다.

1-1) wet etching : 금속등과 반응하여 부식시키는 산계열의 화학 약품을 이용하여 thin flim layer의 노출되어 있는 부분을 녹여 없애는 것이다.

1-2) dry etching : ion을 가속시켜 노출 부위의 물질을 떼어냄으로써 pattern을 형성하는 것을 말한다. 또는, wet etching에서 사용되는 화학 약품을 사용하지 않고 기체 플라즈마에 의한 반응을 이용한 etching 공정을 의미한다.

2)광학현미경(optical microscopy) : 물체의 미세한 부분을 확대하여 관찰하는 광학 장치로 표본을 재물대에 올려놓고 집광 장치로 빛(가시광선)을 비추면 그 표본을 통과한 빛이…(생략)

3. 실험방법

1) 미세구조 관찰용 시편(철근)을 준비한다.

2) 준비한 관찰용 시펀을 원하는 크기로 sectioning or cutting 하여 절단한다.

3) 열 가소성 수지인 acrylic 수지를 사용하여 hot comporession mounting하여 ,작업이 원활하도록 적당한 크기로 제조한다.

4) 절단작업에서 발생되는 손상을 제거하기 위한 중요한 시편 작업으로 60mesh부터 2000mesh의 sand paper(사포)를 사용한다.

5) grinding 후 시편의 고 반사도, scratch제거, 시편의 편평도를 유지하기 위하여 polishing을 한다. 주의사항으로 grinding영영과 분리되어 있는 청정영역에서 진행되어야 하고 polishing은 가급적 빠른 시간에 끝내야한다.

6) 시편 표면의 polishing 잔여물과 연마재를 제거하기 위해 세척이 필요하다. 최종 polishing 단계가 끝난 직후 즉시 실시하며, diamond sispension과 같이 미세한 입자에 대해서는 polishing pad 뿐만 아니라 시편, holder 및 그 주변을 10~15초 동안 증류수로 세척한다. 건조단계에서는 초음파 세척제 또는 알코올을 사용하여 닦은 후 건조하면 물보다 효과적인 건조 효과가 있다.

7) 시편의 부식을 통해 광학적으로 grain 크기, 상 등의 미세조직을 관찰하기 위해 etching이란 과정을 이루어야 한다. etching은 화학조성, 응력, 결정구조 등에 따라 방법이 다른데 본 실험에서 사용한 etching 방법은 가장 일반적인 화학 부식방법인 Nital을 사용하였다.

8)마지막으로 미세조직 촬영에는 일반적인 방법인 광학 현미경(optical microscopy)을 사용하여 조직의 부피 분율, 크기 및 간격, 분포 상태 등을 결정한다.

4. 실험 결과