(1)
비중은 세라믹스 소결체 또는 제품의 가장 기본적인 물리적 특성으로 소결체의 소결된 정도 및 세라믹스의 기초 물성을 제시해준다. 본 실험방법은 각종 세라믹스 소결체 (전자세라믹스, 구 조세라믹스, 내화물 등)의 겉보기 기공률 (apparent porosity), 흡수율 (water absorption), 겉보기 비중 (apparent specific gravity), 부피비중(bulk specific gravity)의 측정방법을 제시한다.
고체의 밀도(density)는 아래와 같이 정의할 수 있다.
고체의 비중(specific gravity)은 아래와 같이 정의할 수 있다 [1].
따라서 비중은 단위가 없는 것이 특징이다. 고체의 비중을 측정하는데는 아르키메데스 원리 (Archimedes principle)가 사용된다. 아르키메데스 원리는 어떤 고체를 액체 속에 집어넣으면 그 고체의 무게는 제거된 액체의 무게만큼 가벼워진다는 것이다.(2)
가. 시험편의 건조 무게 측정
시험편을 110±5oC의 항온기 중에서 건조하고 항량이 되었을 때의 무게를 건조 무게 W1 (g)로 한다. 일반적인 세라믹스 소결체의 경우에 110±5oC의 항온기 중에서 3시간 정도 건조하면 항량 이 되었다고 생각할 수 있다. 무게는 1 mg 까지 정확히 단다.
나. 포수시료의 준비
건조 무게를 측정한 시험편을 증류수 속에 담가 3시간 이상 끓이고 실온까지 냉각한다. 이것을 포수시료라 한다. 이때 증류수를 가하여 냉각하여도 무방하다.
다. 포수 시료의 물 속 무게 측정
포수시료를 지름 1 mm 이하의 철사로 물 속에 매단 채로 달아, 철사의 무게를 뺀 값을 포수시 료의 물 속 무게 W2 (g)로 한다.
라. 포수 시료의 무게 측정
포수 시료를 물 속에서 꺼내어 물수건으로 표면을 닦고, 무게를 달아 포수시료의 무게 W3 (g) 로 한다.
가. 겉보기 기공률의 계산 [1,2]
겉보기 기공률 (%) Po는 다음 식에 따라 계산하고, 소수점 이하 1자리까지 구한다.
(3)
나. 흡수율의 계산
흡수율 (%) Aw는 다음 식에 따라 계산하고, 소수점 이하 1자리까지 구한다.
(4)
다. 겉보기 비중의 계산
겉보기 비중 Da는 다음 식에 따라 계산하고, 소수점 이하 3자리까지 구한다.
(5)
라. 부피 비중의 계산
부피 비중 Db는 다음 식에 따라 계산하고, 소수점 이하 3자리까지 구한다.
(6)
2. 참비중
(1) 서론
참비중은 세라믹 분말의 기본적인 물리적 특성이다. 본 실험방법은 각종 세라믹스 또는 세라
믹 분말의 참비중을 측정함으로서 이러한 물리적 특성의 개념을 이해하고 측정법을 제시한다.
(2) 이론
세라믹스 또는 세라믹 분말의 비중을 측정하는데는 아르키메데스 원리(Archimedes principle)
가 사용된다. 아르키메데스 원리는 어떤 고체를 액체 속에 집어넣으면 그 고체의 무게는 제거된
액체의 무게만큼 가벼워진다는 것이다.
(3) 기구 및 장치
◆ 건조장치
온도 110±5oC를 유지할 수 있는 자동 온도조절기가 달린 전기 항온조를 사용한다.
◆ 질량계
참비중의 측정은 0.1 mg 단위까지 측정할 수 있는 질량계를 사용한다.
◆ 비중병
용량 50 ml인 유리로 만든 비중병을 사용한다.
(4) 시험분말의 준비
시험분말은 표준체 300 μm를 전부 통과하도록 분쇄한 후, 4분법에 따라 약 20g을 취하여 시
료로 한다. 처음부터 분말인 시료는 표준체 300 μm를 전부 통과하는지 확인한 후 약 20g을 취
하여 시료로 한다.
(5) 실험방법
가. 비중병의 무게측정
비중병을 110±5oC의 항온기 중에서 건조하고, 비중병의 무게 P (g)를 측정한다. 무게 (g)는
소수점 이하 4자리까지 정확히 구한다.
나. 비중병에 증류수를 채웠을 때의 무게 측정
비중병에 증류수를 가득 채워서 무게를 달아 P2 (g)로 한다.
다. 비중병에 시험 분말을 채웠을 때의 무게 측정
준비된 시험분말을 110±5oC의 항온기 중에서 건조하고 그 중 8-12g을 미리 무게를 단 50 ml
의 비중병에 취하여 무게를 달아 P1 (g)으로 한다.
라. 비중병에 시험 분말과 증류수를 채웠을 때의 무게 측정
시험분말이 들어 있는 비중병에 약 절반 가량의 증류수를 넣고 물 중탕에서 조용히 가열하여,
물 속의 거품을 제거한 후 상온까지 냉각한다. 여기에 증류수를 눈금 선까지 채워서 무게를 달아
P3 (g)로 한다.
(6) 계산
참비중 Dt는 다음 식에 따라 계산하고,2,3) 소수점 이하 3자리까지 구한다.
(6)
1. R. Griffiths and C. Radford, Calculations in Ceramics, pp.28-42 Maclaren and Sons Ltd.
London, 1965.
2. "내화벽돌의 겉보기 기공률 흡수율 및 비중 측정 방법," KS L3114, 1995.
3. J. S. Reed, Principles of Ceramics Processing, pp.118-123, John Wiley & Sons, Inc., New
York, 1995.