삼보과학

[기공측정] 다층구조 세라믹물질의 기공구조 측정
작성자 : 삼보과학 작성일 : 2011-04-06 조회수 : 4430
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아래 논문은 PMI사의 Nalini Gupta와 Akshaya Jena가 2001년 2월호 'Ceramic Industry'에 발표한 것의 일부를 발줴한 것이다. 점진적으로 변하는 기공(pore) 구조를 가진 다층구조의 세라믹과 기능적으로 분류된 세라믹물질을 첨단기술 분야에서 점점 많이 사용하고 있다. 그러한 물질들의 효과는 각 층들의 기공구조에 의해 좌우된다. 세라믹 물질의 기공 구조는 보통 Porosimetry나 porometry에 의해 측정되고, 거기서 흐름은 샘플의 두께에 평행하게 일어난다. 그러나, 이러한 기술 둘 중 어느것도 다층구조 샘플의 각 층의 기공 구조를 결정할 수는 없다. Porosimetry는 물질의 두께 방향에 따라 샘플전체의 기공 크기와 기공 크기 분포를 측정하는 방법이다. 게다가, Composite Filter의 대다수는 층 중의 하나는 매우 얇고, 그 층의 기공 크기는 매우 작아서 porosimetry로 측정할 수 없다. flow porometry 이론에 근거한 새 기술이 다층구조샘플의 각 층의 기공 구조를 측정하기 위해 개발되었다. 이 새로운 방법을 사용하여 샘플을 테스트하기 위해, 샘플의 기공들은 액체/샘플 계면 자유 에너지가 기체/샘플 계면 자유 에너지보다 적은 wetting liquid로 자발적으로 채워진다. 비반응 기체의 압력이 샘플의 한쪽면에서 서서히 증가함에 따라 기공을 채우고 있는 액체를 밀어내고, 샘플을 통과하는 기체 흐름을 증가한다. wetting liquid가 기공으로부터 밀려날 때, 기체/샘플 계면영역이 액체/샘플 계면영역보다 크고, 시스템의 자유 에너지는 증가한다. 기체의 일에너지가 표면 자유 에너지 증가분과 같을 때에만 기체는 액체를 밀어낼 수 있다. 이것에 대한 자세한 설명은 아래 논문에 자세히 소개되어 있다. 결론적으로 말하면, flow porometry에 근거한 이 새로운 기술을 사용하여 다층구조 세라믹물질의 각 층의 최대기공크기, 평균기공크기, 기공크기분포를 정확히 측정할 수 있어서, 완제품의 품질을 관리할 수 있다. * 아래 논문 전체가 필요하신 분은 전화나 이메일로 신청해 주세요* >> Determining the Pore Structure of Individual Layers of Multi-Layerd Ceramic Composites << by Nalini Gupta, Research Assistant & Akshaya Jena, Director of Research, PMI Multi-layered ceramics and functionally graded ceramic materials with gradually changing pore structures are being increasingly used for high-tech applications. The effectiveness of such materials depends on the pore structure of individual layers. Pore structures of ceramic materials are normally determined by porosimetry or flow porometry, in which the flow occurs parallel to the thickness of the sample. However, neither of these techniques is capable of determining the pore structure of individual layers of multi-layered composites. Porosimetry measures the pore volume and pore volume distribution of the entire composite along the thickness direction of the material. Moreover, in many of the composite filters, one of the layers is very thin, and the low pore volume associated with this layer is not detectable by porosimetry. Measuring Individual Layers A new technology based on the principles of flow porometry has been developed to measure pore structure of individual layers of a composite. To test a sample using this new method, the sample's pores are filled spontaneously with a wetting liquid for which the liquid/sample surface free energy is less than the gas/sample surface free energy. Pressure of a non-reacting gas is slowly increased on one side of the sample so as to displace the liquid from the pores and increase gas flow through the sample. When the wetting liquid is displaced from the pore, the gas/sample interfacial area increases at the expense of the liquid/sample area, and the free energy of the system increases. Gas can displace the liquid only when the work done by the gas is equal to the increase in surface free energy. Equating the two energy terms, the differential pressure, p, required for displacement of a low surface tension wetting liquid at a location in a pore is given by : - 중략 - Accurately Determining Pore Structure Using a new technique based on flow porometry, the largest pore diameter, the mean flow pore diameter and the pore size distribution of each layer of a two-layered ceramic composite were determined. In comparison, porosimetry could not measure any property of Layer 1. As multi-layered ceramics and functionally graded ceramic materials are increasingly used for high-tech applications, this new technique can be used to accurately determine the pore structures of the individual layers of these composites, thus ensuring the quality of the final product. - 끝 -

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