[자연과학]기초실험 - 재료의 확산실험

1)실험제목

재료의 확산실험

2)실험목적

상호확산을 이해하기 위해서 Cu 내에서의 Zn, Sn 확산에서의 확산계수를 어림 결정한다.

3)실험장비

(1) 외경 25mm, 내경 약 10mm 높이 20mm를 갖는 구리환과 직경이 약 10mm이고 높 이가 25mm인 60Cu-40Zn, 60Cu-40Sn 봉의 시료

(2) 프레스, 톱

(3) 온도 조정장치가 붙은 전기 가열로(900°C 까지 사용가능)

(4) 연마시설 및 금속현미경 (마이크로미터 부착된)

4)실험재료

(1)구리환봉

(2)아연봉

5)관련이론

가스나 액체에서와 같이 결정 내에서도 또한 개개의 원자들은 통계적인 병진운동을 한다(확산). 이를 통하여 가능한 두 물질 간에 상호간의 원자침투는 다만 각 성분들이 상호 고용할 때(고용체)만 생각할 수 있다. 한 농도 차이가 있는 계에서 확산의 추진력은로서는 자유 엔탈피의 구배가 된다.
즉, 단상합금으로 이루어진 한 점에서 그 길이방향을 따라서 농도의 차이를 보여 준다고 한다면, 이 시료를 고상선 바로 아래의 온도에서 가열한다면 원자들이 이동 현상이 나타날 것이며 그것도 농도 차이를 감소시키려는 방향으로 진행될 것이다. 즉 용질원자는 B방향으로 그리고 용매원자는 A 방향으로 이동할 것이다. (그림 1)

그림 1 농도차이를 갖고 있는 합금 봉

이러한 원자들의 이동을 확산(diffusion)이라고 부르는데 위와 같은 경우와 같이 엔트로피 증가를 가져오는 농도 균일화가 확산의 추진력이 되는 경우의 확산을 특히 chemical diffusion이라고 부른다. 그러나 이밖에도 EH한 다만 단일 원소로 구성된 계, 즉 농도차이가 없는 물체에도 확산이 가능한데 이것을 소위 self-diffusion 이라고 부른다.
…

그림 2 접촉면을 가로질러 확산이 일어날 때 여러 다른 확산시간 후에 농도분포