재료의 열적 성질
붉게 달군 석영 유리(용융 실리카)를 물에 넣어도 잘 깨지지 않지만, 소다석회 유리는 깨지기 쉽다. 석영 유리의 열충격 저항이 높은 주된 이유는 무엇인가?
- A선팽창 계수가 약 0.5×10⁻⁶ K⁻¹로 매우 작아, 온도 차에 의한 열응력이 작기 때문
- B열전도율이 금속만큼 커서, 표면과 내부의 온도 차가 곧바로 없어지기 때문
- C파괴 인성이 금속만큼 커서, 표면에 열응력으로 균열이 생겨도 잘 진전되지 않기 때문
정답과 해설 보기
정답: A. 선팽창 계수가 약 0.5×10⁻⁶ K⁻¹로 매우 작아, 온도 차에 의한 열응력이 작기 때문
급랭하면 표면만 먼저 수축하려다가 내부에 구속되므로, 표면에 인장 열응력 σ ≈ EαΔT/(1 − ν)가 생깁니다. 석영 유리의 선팽창 계수는 약 0.5×10⁻⁶ K⁻¹로, 소다석회 유리의 약 9×10⁻⁶ K⁻¹의 20분의 1 정도밖에 되지 않으므로, 같은 온도 차에서도 열응력이 훨씬 작아 깨지지 않습니다. 석영 유리의 열전도율은 약 1.4 W/(m·K)로 작고, 파괴 인성도 약 0.8 MPa·√m로 소다석회 유리와 비슷하여, 둘 다 금속에는 크게 못 미칩니다. 열전도율은 표면과 내부의 온도 차가 생기는 방식을 통해 영향을 주는 인자로, 열전달이 완만한 조건에서는 열전도율이 큰 재료일수록 열충격에 강해집니다.