비파괴검사 스터디 내용 정리

비금속 재료란 금속의 성질을 갖지 않는 물질을 총칭하며 일반적으로 전기나 열의 전도성이 나쁘고 금속광택을 나타내지 않는다.

비금속 재료는 기계를 구성하고 있는 재료에는 금속재료가 대부분을 차지하고 있다. 그것은 금속이 강도가 크고, 경도가 높고 또한 가공성이 우수하므로 그 가치가 인정되었기 때문이다. 금속과 합금은 그 종류가 많아 각각의 필요성을 만족시키고 있으나 우리가 필요로 하는 것을 금속재료로 전부 충족시킬 수는 없다.

기계공업에 쓰이는 재료에는 앞에서 설명한 금속재료 이외에 내화물, 연마재, 숫돌, 시멘트, 유리 등의 무기질로 되는 무기재료와 목재, 접착제, 합성수지, 고무, 도료, 윤활제 등의 유기질로 되는 유기재료인 비금속재료도 많이 쓰인다.
비금속재료를 크게 분류하면 다음과 같다.
 1) 기초용 재료

 2) 내화재료와 단열재료
 3) 연삭재료

 4) 팩킹 및 벨트용 재료
 5) 합성수지

 6) 윤활유·절삭유
 7) 도료

 8) 기타 재료

1. 광학적 특성

광학적 기능성세라믹스는 적외선방사성, 감광성, 투광성, 도광성, 광굴절성, 포토크토믹, 광선택반사성, 광전자방사성, 편광성, 발광 및 형광성 세라믹스로 분류된다.
적외선 방사 세라믹스는 적외선 방사 재료 속에 전열선 등의 가열체를 삽입하여 제작한 것이며, 가열체가 적외선 방사 재료를 가열하면 그 재료의 성분 및 특성에 따라 근적외선, 중적외선, 원적외선을 방사하게 된다. 원적외선의 파장범위를 정확하게 구분하기는 어려우나 일반적으로 4㎛부터 1000㎛(1㎜)까지의 범위로 정의하고 있다. 특히 산업 분야에서 열원으로 이용되는 파장 영역은 2.5㎛~25㎛의 영역이 많이 이용되고 있다. 원적외선 복사체는 저온(상온)에서부터 고온으로까지 다양하게 이용되고 있으며, 그 특성 때문에 주로 세라믹 원료를 이용하고 있다. 또한, 복사 세라믹 원료는 Alumina, Silica, Zirconia, Titania를 기초로 한 것 등이 있으며, 점토광물, Clay, Mica, Cordierite, Petalite, Mullite, Cordierite-Mullite, Sphene 등의 천연광물을 이용하는 것도 있다.

투광성 세라믹스는 제조 시 투명화에 기여하는 인자로는 고순도화, 원료조성의 조절, 기공의 감소, 석출물의 감소, 이방성감소가 있다. 투광성 세라믹스가 되기 위해서는 원료 자체의 성질이 중요하며 산란을 적게 하기 위해서는 결정미립자에 이방성이 적은 것을 고르고 다시 세라믹스의 성형 및 소성의 과정에서는 압력과 첨가물을 적절하게 하고 소결의 분위기를 공기 중 환원성기체 또는 산화성기체 등 여러 가지로 연구하여 기공이 생기는 것을 가능한 억제하여야 한다. 대표적인 투광성 세라믹스는 알루미나(Al2O3), 마그네시아(MgO), 지르코니아(ZrO2)가 있으며 나트륨 램프, 스테레오 비디오 안경 등에 쓰인다.
선택적 광반사성 재료로는 열반사 유리가 있으며, 감광성 재료로는 Photochromic Glass가 있다. 투광 편광성 재료는 (Pb, La)(Zr, Ti)O3가 있으며 형광성 재료(레이저 다이오드, 발광 다이오드, 레이저용)는 GaP, GaAs, GaAsP, Al2O3가 있다.
물질 내부의 전자에 광자(Photon)가 충분한 에너지를 갖고 충돌하면, 광자 에너지는 전자의 운동에너지로 전환되어 2차 전자 방출과 유사한 전자 방출 현상이 발생한다. 이렇게 방출된 전자를 광전자(Photoelectron)라 한다. 광전자 방출 현상의 주 응용은 광검출기로서 스핀 편극 전자선용 GaAs가 전자원으로 사용된다.

1. 부식(corrosion)
일반적으로, 금속의 부식이란 금속이 물 또는 대기 중, 또는 가스 기류 중에서 그 표면이 비금속성 화합물로 변화하는 것을 말한다. 이 밖에 화학 약품이나 기계적 작용에 의한 소모 등도 넓은 의미에서의 부식(corrosion)에 포함시키나, 보통은 화학 작용에 의한 것을 부식이라 하고, 기계적 작용에 의한 것을 침식이라 하여 분리한다. 또, 부식은 건부식과 습부식으로 구분한다. 건부식이란 수분이 작용하지 않고서 일어나는 부식으로 상온 또는 고온에서 이루어지는 산화(oxidation), 황화(sulphidization), 질화(nitrization) 등이며, 금속과 가스와의 접촉에 의해서 일어나는 순화학적 반응이다. 예로서 아연이 산화하는 경우에는, Zn + O → ZnO와 같은 반응을 일으키는 것이다. 또한 습부식(또는 전기 화학적 부식)은 수분이 작용하여 일어나는 부식 현상으로 금속 표면에 국부전지가 생겨 양극과 음극에 상당하는 부분이 발생되어 이 두 극 사
이에 전기가 흐르기 때문에 일어나는 부식 현상이다. 예를 들면, 아연이 물속에 있을 때를 양극에서의 반응은 다음과 같다. Zn → Zn2+ + 2e

2. 금속의 이온화
금속이온은 산과 화합해서 염을 만들고, 수용액 중에서 전리하여 양이온이 된다. 금속이 양이온으로 될 때, 양이온이 되기 쉬운 것과 어려운 것이 있는데, 이것은 이온화 경향에 따른다. 금속의 이온화 경향을 큰 것부터 차례로 정리하면 다음과 같다.

K > Ba > Ca > Na > Mg > Al > Mn > Zn > Cr > Fe > Co > Ni
Mo > Sn > Pb > (H) > Cu > Hg > Ag > Pt > Au

1. 자성
철을 자장(magnetic field)에 놓으면 유도 작용에 의하여 자화되어 자석이 된다. 이때 자장의 강도가 증가함에 따라서 자화되는 정도도 증가하며, 자장의 강도를 계속해서 증가해 가면 자화의 강도는 어느 포화점에 달한다. 이러한 성질은 철이나 Co 및 Ni에서 나타난다.

자장의 강도 H와 자화의 강도 I가 같은 방향으로 되는 것으로서 다른 극이 상대하는 것처럼 생기는 것을 상자성체(paramagnetic substance), 자장 H와 자화의 강도 I가 반대방향으로 되는 것을 반자성체(diamagnetic
substance)라고 한다. 상자성체는 Fe, Ni, Co, Sn, Pt, Mn, Al 등이 있으며, 그 중에서도 자화의 강도 큰 Fe, Ni, Co를 강자성체(ferromagnetic substance)라고 한다. 반자성체에 속하는 것에는 Bi, Sb, Au, Hg, Cu 등이 있다.

1. 도전율(conductivity)
도전율(conductivity)은 전기저항의 역수로서 전기전도도(electric conductivity)라고도 한다. 전기저항은 길이 1m, 단면적 1㎟의 선의 저항을 Ω(ohm)으로 나타낸 것이며, 이 저항을 고유저항(specific resistance)이라 한다. 고유저항은 재료 및 온도에 따라 다르며, 고유저항이 작을수록 전기도전율이 좋다.