광열복사법을 이용한 열확산계수 측정법 개발

Abstract

최근 산업의 발달과 더불어 열물성 측정기술에 대한 관심이 증대되고 있다. 과거에는 열물성을 측정하기 위해 접촉식 방법을 사용하였으나 이러한 방법은 측정 재료의 크기와 형상에 많은 제약을 받고 실험구성과 조건에 있어 어려움을 갖는다. 이러한 이유로 인하여 현재는 비접촉식, 비파괴식의 측정법의 연구가 진행되고 있다. 광열효과를 이용하여 열물성을 측정하는 방법에는 여러 가지 방법이 있다. 이러한 방법들의 공통원리는 재료내에 광에너지를 조사시킬 때, 광에너지를 열에너지로 변화되면서 이때 생기는 재료의 물리적 변형을 측정하는 것이다. 본 연구에서는 재료에 순간적인 열원을 가하여 생성되는 온도변화의 시간적인 변화를 측정하여 열확산계수를 결정짓는 광열복사법에 대해서 이론적, 실험적으로 연구하였다. 광열복사법은 기존의 광열변위법, 광열편향법 등의 광열효과를 이용한 방법에 비해 재료의 가공의 제약이 적은 장점이 있으며 측정에 걸리는 시간이 비교적 짧고 간단하다. 본 연구에서는 기존의 일차원적인 이론해석에 근거한 방법을 보완하여 축대칭 원통형 모델을 이용 하였으며, 재료의 표면에 순간적인 열원이 가해졌을 때 축방향과 반경방향의 열확산을 이용하여 열확산계수를 결정지을 수 있는 온도식을 제안 하였다. 일차원 해석을 기반으로 한 실험을 하여 최대 5%이내의 정확도를 가진 측정을 하였으며, 반경방향의 열유동을 고려한 측정을 하여 최대 4%이내의 정확도를 가진 측정을 하여 본 연구에서 제시한 측정법을 검증하였다. 측정 방법의 신뢰도를 알아보기 위해 99.9% 순도의 순수 금속을 이용하였으며 오차요인에 대하여 분석하였다.