재료공학기초실험 - 세라믹의 곡강도측정실험

[재료공학기초실험]
제목 : 세라믹의 곡강도(Flexural strength) 측정

1. 실험 목적

세라믹 부품에 대한 일반적인 강도 측정법인 곡강도(굽힘 강도)를 측정한다.

2. 실험 준비물

◎ 만능 시험기
◎ 강도 측정용 시편 3종류

3. 이론적 배경

대부분의 세라믹스가 취성파괴를 한다.
취성파괴 재료의 강도는 그 재료에 있는 결함들의 크기에 의해 결정이 되는데, 시편마다 이 결함들의 크기가 일정하지 않고 어떤 분포를 이루고 있기 때문에 이에 따른 결과로 같은 시편에서 잘라 만든 시편들도 그 강도가 일정하지 않고 통계적 분포로 나타난다.
이러한 현상은 연성파괴를 하는 대부분의 금속재료에서는 일어나지 않는다. 그래서 같은 시편에서 금속재료의 강도는 거의 일정한 값을 가지는데 비해, 가압 소결된 AlO의 강도는 35090MPa의 큰 폭으로 분포되어 나타난다. 즉, 어떤 취성파괴 재료 시편의 강도라는 것은 그 시편에 있는 결함 중 가장 심한 결함이 나타내는 가장 낮은 강도 값을 말하는 것이다.
재료에 하중이 걸린 경우, 재료가 파괴되기까지의 변형저항을 그 재료의 강도라고 한다. 강도는 인장, 압축, 비틀림과 굽힘 강도 시험을 통해 알 수 있다.
그 중 인장 강도 시험은 시험편을 서서히 잡아당기는 인장시험으로 측정하며, 압축강도는 짧은 기둥모양의 시료에 축방향으로 압축하중을 가하여 측정한다. 비틀림 강도는 둥근 기둥모양의 시료가 비틀림에 의해 파괴되었을 때 가해진 비틀림 모멘트로부터 계산에 의해 구한다.
※ 굽힘(꺾임)강도실험 (flexural strength test)
Fine ceramics 의 일축 강도 측정 방법 중의 하나이다. 이 시험 방법은 재료 개발, 품질 관리, 특성분석 및 부품 설계 자료를 산출하기 위한 목적으로 사용될 수 있다.
계산식

① 3점 꺾임에서 꺾임 강도

…

② 4점 꺾임에서 꺾임 강도

③ 평균 강도 및 표준 편차

4. 실험 방법

① 강도를 측정할 시편을 먼저 polishing 한다.

② 만능 시험기의 전원과 Computer의 전원을 켜고 하단에 있는 전구에 불이 켜지는지 확 인한 후, 5 분간 warming-up 시킨다.

③ 지지 베어링 설치 후 polishing한 시편표면이 인장 면이 되도록 지지 베어링에 접촉 시 키고 하중 베어링을 설치한다.

④ Helio_test.exe 프로그램을 실행시킨다.

⑤ 실험하는 시편정보를 추가하고 시편의 길이, 넓이, 높이를 입력한다.

⑥ 하중 지지대를 하중펀치에 최대한 밀착시킨 후 0 점을 잡는다.

⑦ 프로그램을 실행시키고 실험 그래프를 클릭한 후 Active graph update를 체크한다.

⑧ 시편이 부서지는 소리가 들리면 시험기 상황으로 돌아와 프로그램을 종료한다.

⑨ 부서진 시편을 회수한다.

⑩ report.exe를 실행시켜 Graph를 분석한다.