선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 흑연의 결정립 배향성에 따른 열 방사율 특성을 조사하기 위하여 치밀하면서 강한 배향성을 갖는 흑연체를 제조하였고, 밀도 및 기공율 등 기본적인 물성과 배향특성을 조사하였다. 또한 제조된 배향성 흑연체를 시편으로 하여 여러 열 방사 측정방법 중 적외선 열화상 카메라(infrared thermal image camera)를 이용하여 편리하면서도 재현성 있는 측정을 하고자 하였으며, IR 분광분석법을 이용하여 열화상카메라 데이터와 비교하였다.
- 90° 시편은 (002), (101) 및 (100) 피크들이 분명하게 나타났으며 (002)면의 피크가 상대적으로 매우 작은 강도를 나타낸다. 이렇게 시편 채취각도에 따라 배향성에 확연한 차이를 나타냄으로써 본 연구의 목적인 열방사의 배향성 특성을 연구하기에 적합할 것으로 판단되었다.
제안 방법
- IR 분광기를 이용한 방사율 측정을 위해서는 최소 시편의 크기가 25×25 mm로써 본 연구에 이용한 배향시편의 크기가 너무 작기 때문에 IR 분광기를 이용한 방사율 측정은 레퍼런스 시편을 이용하였다.
- XRD 분석은 25~26°의 주사범위에서 주사속도 1°/min의 2θ 연속 주사방식으로 XRD 회절피크를 얻었으며, 실리콘 표준시편으로 2θ 보정을 실시하였다.
- 또한 시편에는 열전대(thermocouple)를 설치하여 열화상카메라의 온도를 보정하였으며 시험 시 측정온도는 100°C로 하였다.
- 본 연구에서는 흑연의 결정립 배향성에 따른 열 방사율 특성을 조사하기 위하여 치밀하면서 강한 배향성을 갖는 흑연체를 제조하였고, 밀도 및 기공율 등 기본적인 물성과 배향특성을 조사하였다. 또한 제조된 배향성 흑연체를 시편으로 하여 여러 열 방사 측정방법 중 적외선 열화상 카메라(infrared thermal image camera)를 이용하여 편리하면서도 재현성 있는 측정을 하고자 하였으며, IR 분광분석법을 이용하여 열화상카메라 데이터와 비교하였다.
- 흑연의 결정립 배향성에 따른 열 방사율 특성을 조사하기 위하여 치밀하면서 강한 배향성을 갖는 흑연체를 제조하였고, 밀도 및 기공율 등 기본적인 물성과 배향특성을 조사하였다. 또한 제조된 배향성 흑연체를 시편으로 하여 여러 열방사 측정방법 중 적외선 열화상 카메라를 이용하여 편리하면서도 재현성 있는 측정을 하고자 하였으며, IR 분광분석법을 이용하여 열화상카메라 데이터와 비교하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 제조된 흑연체의 정성적인 배향도 및 기공도 등을 관찰하기 위하여 미세조직관찰을 실시하였다. 미세조직은 시편연마 후 광학현미경을 이용하여 50배로 관찰하였으며 연마후 부식 등의 처리는 하지 않았다.
- 방사율 측정은 그림 3의 그림에 나타낸 바와 같이 가열오븐에 시편을 장착하고 시편으로부터 20 cm 거리에 열화상카메라를 설치하였고, 측정모드를 스팟(spot) 방식으로 하여 시편의 중앙부분에서의 방사율을 측정하도록 설치하였다. 또한 시편에는 열전대(thermocouple)를 설치하여 열화상카메라의 온도를 보정하였으며 시험 시 측정온도는 100°C로 하였다.
- 배향시편의 배향도를 정량적으로 측정하기 위하여 XRD 피크분석을 실시하였다. XRD 분석은 25~26°의 주사범위에서 주사속도 1°/min의 2θ 연속 주사방식으로 XRD 회절피크를 얻었으며, 실리콘 표준시편으로 2θ 보정을 실시하였다.
- 시편의 배향성은 가압 성형 시 응력인가방향에 수직인 면(c-face) 을 기준으로 0°, 45° 및 인가압력 방향에 평행한 면(a-face)인 90° 등의 세 종류로 하였다.
- 시편의 열방사율은 열화상카메라(ThermaCAME2, FLIR Systems 사)를 이용하여 측정하였다. 표 1에 방사율 측정에 이용한 카메라의 주요사양을 나타내었다.
- 시편준비는 저속 절단기를 이용하여 8×8×8 mm의 크기로 절단한 후 측정하고자하는 면(그림 2에서 검게 표시된 부분)은 사포를 이용한 조연마 후 1 µm 다이아몬드연마제를 이용하여 미세연마 하였다.
- 제조된 흑연체의 정성적인 배향도 및 기공도 등을 관찰하기 위하여 미세조직관찰을 실시하였다. 미세조직은 시편연마 후 광학현미경을 이용하여 50배로 관찰하였으며 연마후 부식 등의 처리는 하지 않았다.
- 흑연분말을 유기바인더와 혼합하여 볼 밀링한 후 8×8×80 mm의 사각형의 성형몰드를 이용하여 80 MPa의 성형압력으로 일축가압하여 성형체를 제조하였다(그림 1).
- 본 연구에서는 흑연의 결정립 배향성에 따른 열 방사율 특성을 조사하기 위하여 치밀하면서 강한 배향성을 갖는 흑연체를 제조하였고, 밀도 및 기공율 등 기본적인 물성과 배향특성을 조사하였다. 또한 제조된 배향성 흑연체를 시편으로 하여 여러 열 방사 측정방법 중 적외선 열화상 카메라(infrared thermal image camera)를 이용하여 편리하면서도 재현성 있는 측정을 하고자 하였으며, IR 분광분석법을 이용하여 열화상카메라 데이터와 비교하였다.
대상 데이터
- 레퍼런스 시편은 100°C에서 방사율이 0.74인 원자력급 등방성 흑연 시편을 이용하였으며 경면 연마하여 측정하였다.
- 원료분말로는 분급된 212~425 µm의 천연인상흑연을 이용하였다.
- 제조된 성형체는 1,200 °C의 질소분위기에서 열처리하여 흑연체(graphite bulk)를 얻었다.
- 흑연체의 배향특성을 측정하기 위하여 제조된 흑연체는 그림 2와 같이 준비하였다. 시편의 배향성은 가압 성형 시 응력인가방향에 수직인 면(c-face) 을 기준으로 0°, 45° 및 인가압력 방향에 평행한 면(a-face)인 90° 등의 세 종류로 하였다.
데이터처리
- 열화상카메라로부터 얻은 방사율 데이터는 IR 분광기를 이용하여 얻은 방사율 데이터와 비교하여 측정 정확도를 확인하였다. IR 분광기를 이용한 방사율 측정을 위해서는 최소 시편의 크기가 25×25 mm로써 본 연구에 이용한 배향시편의 크기가 너무 작기 때문에 IR 분광기를 이용한 방사율 측정은 레퍼런스 시편을 이용하였다.
이론/모형
- 또한 흑연체의 기본적인 물성으로는 분말성형체의 기본특성인 밀도 및 기공율을 들 수 있다. 밀도 및 기공율은 Archimedes법(ISO18754)을 이용하여 측정하였으며, 증류수를 이용한 Archimedes법의 밀도 및 기공율 계산식으로는 다음 식을 이용하였다.
성능/효과
- XRD 분석을 통한 배향도는 (100) 피크와 (002) 피크의 높이로부터 계산한 결과로써 0°, 45° 및 90° 시편은 각각 0, 0.08 및 0.73이 얻어져 제조된 흑연체는 매우 높은 배향도를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
- 둘째, 안정된 환경조건에서의 측정방법은 몇 가지 제안되어 있지만 표준측정법이 제정되어 있지 않으며, 현장측정이 곤란하다.
- 이 결과는 배향이 완전하게 이루어지지 않았음을 알려주는 결과인데 그림 5에서 관찰했던 미세 조직에서도 flake 형태의 천연흑연 입자가 구부러지고 휘어져서 나타난 결과로 판단된다. 따라서 flake 흑연분말을 이용하여 제조한 성형체의 배향도는 흑연분말의 크기를 조절함으로써 좀 더 높일 수는 있겠지만 배향도 1을 갖는 완벽한 흑연체를 제조하기는 거의 불가능할 것으로 판단된다.
- 열화상카메라를 이용하여 얻은 레퍼런스 시편의 방사율은 IR 분광기를 이용한 방사율과 동일한 값을 얻었다. 따라서 열화상카메라로부터 얻은 열방사 값도 매우 유용함을 알 수 있었다.
- 열화상카메라를 이용한 배향 시편의 방사율은 0°, 45° 및 90° 시편은 각각 0.70, 0.71 및 0.80이 얻어져 c-면에 대한 배향각도가 큰 경우 방사율은 증가하였다.
- 6%로써 상용의 고밀도용 흑연보다 매우 치밀한 상태로 제조되었음을 알 수 있으며 이는 미세구조에서 확실하게 확인할 수 있다. 이렇게 고밀도로 제조된 흑연체는 열방사율 측정 시 기공의 영향을 최소화 시킬 수 있어 시편의 배향도 특성에 따른 열방사율 측정에 적합할 것으로 판단되었다.
- 제조된 흑연체의 밀도는 1.92 g/cm3였으며 기공율은 9.6%로써 상용의 고밀도용 흑연보다 매우 치밀한 상태로 제조되었음을 알 수 있으며 이는 미세구조에서 확실하게 확인할 수 있었다.
- 표 2에 제조된 흑연체의 기본물성을 나타내었다. 흑연체의 밀도는 1.92 g/cm3였으며 기공율은 9.6%로써 상용의 고밀도용 흑연보다 매우 치밀한 상태로 제조되었음을 알 수 있으며 이는 미세구조에서 확실하게 확인할 수 있다. 이렇게 고밀도로 제조된 흑연체는 열방사율 측정 시 기공의 영향을 최소화 시킬 수 있어 시편의 배향도 특성에 따른 열방사율 측정에 적합할 것으로 판단되었다.
후속연구
- 실험실적으로 가압성형에 의해 아무리 밀도가 높은 흑연체를 얻을 수 있다하여도 원료로 이용된 흑연 flake의 특성상 기계가공 시 휘어질 수 있고, 성형 시 첨가된 최소한의 바인더가 열처리 후 기공생성의 원인이 되어 배향도에 따른 열방사율 측정에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 본 연구진은 가장 이상적인 벌크 흑연구조에 가까운 열분해흑연을 이용하여 배향도에 따른 열방사율 연구를 계속 진행할 예정이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.