[자연과학][실험보고서] 세라믹 경도와 인성의 측정

세라믹 경도와 인성의 측정

1. 실험목적

세라믹재료에서 균열전파에 대한 저항을 나타내는 물성인 파괴인성().와 경도를 DVK-2S Hardness Tester를 이용하여 각각 구한다.

2. 실험 준비물

- DVK-2S Hardness Tester
- 측정용 시편 3종류

3. 이론

- Vikers Hardness test
: Vickers 경도는 대면각 136°의 정사각형 다이아몬드 압자를 이용하여 시편에 압입 흔 적을 낸 후 대각선 길이를 측정하여 경도 값을 산출하는 방식이다.
HV : Vickers 경도 (Pa)
P : 하중(N)
a : 압자의 대면각 각도(136°)
d : 압입 흔적의 대각선 길이(m)
- Indentation Fracture Method (IF법)
: 세라믹 재료의 표면에 경도기의 압자를 어느 이상의 하중으로 압입하면 재료 표면과 수직한 방향으로 radical crack이 생긴다. 이 radical crack은 파괴인성과 아래의 관계식을 갖는다. IF법은 Vickers경도계 압자의 압입으로 형성된 이러한 crack의 길이를 측정하여 인성을 결정하는 방법이다.
: 파괴인성 (Mpa)
η : 보정 상수 (0.022)
E : 시편의 탄성계수
H : 시현의 경도
P : 하중 (N)
C : crack의 길이

4. 실험방법

- Vikers Hardness test

① Hardness Tester의 전원을 켜고 좌측 상부에 있는 전구에 불이 켜지는지 확인한 후, 5분간 warming-up 시킨다.

② 시편을 시편대 위에 올리고 최고배율의 lens로 초첨을 맞춘다.

③ holding time 과 loading speed를 맞추고 하중을 선택한다,

④ 대안렌즈의 두 선을 맞추고 reset key를 눌러 영점을 조정한다.

⑤ lens에서 indenter로 바꾸고 start를 누른다. (불이 켜짐)

⑥ indenter가 위로 올라오고 start button에 불이 꺼지면 다시 렌즈로 바꾸고 대안렌즈의 선을 움직여 압입 흔적의 양 꼭지점에 맞춘 후 d 값을 측정한다.

⑦ d값을 식에 넣어서 HV값을 계산한다.

…

5. 실험 결과

① 실험일자 : 2xxx. 09. 13. Mon

② 시편종류 : ZrO2

③ 사용기기 : Matsuzawa DVK-2S

④ 하중 : 10 Kg

⑤ Loading time : 20 sec

⑥ Loading speed : 100 μm/sec

⑦ 배율 : ×200

⑧ 측정 및 계산값

266.1

117.6

238.3

⑨ 계산과정

① 실험 횟수가 많아야 정확한 경도 및 인성을 얻을 수 있는데 시간이 없어 측정횟수가 적어 정확한 값이 나오지 않을 수 있다.

② 사람마다 c,d 값 측정이 모두 달라 오차가 생길 수 있다.

③ 압입시 시편이 수직으로 되지 않아 하중이 옆으로 퍼지게 받을 수가 있다.

④ 측정시 이물질이 유입되거나 훼손되었을 경우 오차가 생길 수 있다.

⑤ 폴리싱시 폴리싱이 매끄럽게 되지 않아 오차가 생길 수 있다.

⑥ 압입할때 포커스를 맞춘 상태에서 압입을 해야 정확한 값을 측정 할 수 있다.