오 유 근 공학박사 요업(세라믹)기술원 도자구조세라믹본부장 박 선 민 공학박사 요업(세라믹)기술원 도자구조세라믹본부 선임연구원 문 성 재 요업(세라믹)기술원 도자구조세라믹본부 연구원 강 병 철 한국건자재시험연구원 원적외선응용평가센터 선임연구원 2. 소결체 소결체 시료는 제6장에서 직접법으로 사용된 시료로서 입도를 50＃, 140＃, 325＃전통시킨 분말을 1200℃로 소성한 것을 이용하였다. 이때 표면조도는 3.80㎛, 3.34㎛, 1.66㎛이다. 그림 151은 소결체들에 대한 반사율을 측정한 그래프로서 표면조도가 적을수록 반사율이 증가하는 것을 알 수 있다. 8㎛ 이하의 파장에서는 모든 시료가 거의 같은 반사율을 보이고 있지만 12㎛ 이상의 파장에서는 표면조도에 따라 반사율의 차이가 큰 것을 알 수 있다. 그림 152는 소결체들에 대한 방사율 그래프를 나타내고 있다. 소결체는 앞장에서 직접법으로 측정한 방사율값 0.9369~0.9427에 비하여, 간접법으로 측정한 방사율은 표면조도에 따라 0.9709~0.9793으로 직접법에 비해 약 3.5% 정도 높은 방사율을 보이고 있어 많은 차이를 보이고 있다. 3. 괴상 괴상에서 표면조도가 원적외선 반사율에 미치는 영향과 이에 따른 원적외선 방사율 변화를 알아보기 위하여 앞장의 직접법에서 사용한 표면의 조도가 조절된 장석을 이용하였다. 적외선 입사각은 30。로 고정하였고 측정파장은 5~20㎛ 범위로 하였으며 시료대의 분위기 온도가 30℃이다. 이때 30℃에서 광원의 적외선 반사에너지량은 FT-IR이 소프트웨어로(8)식에 의해 계산한 결과 348.16W/m2ㆍ㎛이다. 그림 153은 장석의 표면조도에 따른 적외선 반사율 그래프를 나타내고 있다. 표면조도 값이 작을수록 원적외선 반사율이 높아지는 경향을 볼 수 있으며 모든 시료가 9~11㎛와 17㎛이상의 파장영역에서 반사율이 높은 것을 알 수 있다. 이것은 시료의 표면에서 적외선에 대한 광학적인 특성에 기인한다. 그림 154는 그림 153의 원적외선 반사율을 식(9)에 의해 계산하여 키르호프법칙에 적용하여 소프웨어로 전환한 방사율 그래프이다. 반사율과 반대로 방사율은 표면조도 값이 클수록 방사율이 높아짐을 알 수 있다. 그림 155는 괴상의 원적외선 반사에너지를 나타낸 그래프로서 반사기준물에 반사된 광원의 원적외선 에너지량을 식(8)에 적용하여 흑체로 가정하고 파장에 따른 원적외선 에너지 분포를 나타내었으며 이와 비교하여 표면조도에 따른 괴상의 표면에서 반사된 원적외선 에너지 분포를 나타내고 있다. 표 47은 그림 153, 154, 155의 측정결과를 나타내었다. 30℃이고 입사각이 30。 반사기준물의 원적외선 에너지 총반사량은 5~20㎛ 파장범위에서 348.16W/ m2ㆍ㎛이다. 표면조도가 2.58㎛일 때 원적외선 반사에너지는 11.14W/m2ㆍ㎛이고 표면조도가 0.23㎛일때는 원적외선 반사에너지는 46.26W/m2ㆍ㎛로 증가하였다. 반대로 표면조도가 2.58㎛일 때 방사에너지는 337.02W/m2ㆍ㎛이고 표면조도가 0.23㎛일때는 원적외선 방사에너지는 301.90W/m2ㆍ㎛로 감소한다. 원적외선 반사에너지에 따라 반사율은 표면조도가 작아짐에 의해 증가하였으며 방사율은 반대로 감소하였다. 표면조도가 다른 시료에 대해 간접법에 의한 결과가 직접법에 의해 측정한 결과(표 41)와 경향성은 유사하지만 방사율 값에서는 최대 8.5%로 간접법의 방사율 결과가 크게 나타남을 알 수 있다. 그림 156과 157은 괴상의 조도에 따른 반사율 값과 방사율 값의 변화를 나타내고 있다. 4. 표면 코팅면 가. 투명 세라믹 코팅면 그림 158은 냉연강판에 코팅된 SiO2 투명 코팅면에 대한 원적외선 반사율을 측정한 그래프이다. 이 스펙트럼은 SiO2 투명막의 적외선 흡수ㆍ반사에 따른 특성으로 생각된다. 이때 SiO2 투명막의 두께가 10㎛이며 측정파장영역은 3~20㎛의 범위이다. 측정결과 반사에너지는 121.19W/m2ㆍ㎛2로서 흑체의 반사에너지 348.16W/m2ㆍ㎛에 대비한 결과 반사율은 0.3481이었다(그림 159). 그림 160은 원적외선 방사율 그래프로서 키르호프법칙에 적용한 결과 원적외선 방사율은 0.6519이었다. 앞장에서 직접법으로 측정한 결과 10㎛두께의 SiO2 코팅면 방사율은 40℃의 온도에서 0.8552이며 200℃에서는 0.6397이다. 200℃에서의 방사율이 간접법으로 측정한 방사율과 유사한 값을 나타내고 있지만 40℃에서는 대략 20%의 차이가 있다. 따라서 간접법에 의한 측정은 온도함수가 주어지는 직접법과 비교하면 적용이 어렵다. 나. 불투명 세라믹 코팅면 그림 161은 투명 SiO2 졸에 전이금속산화물을 혼합하여 제조한 세라믹 코팅면의 원적외선 반사율 그래프를 보여주고 있다. 어느 산화물이 혼합하더라도 반사율 그래프는 유사한 특성을 나타내며 반사율은 0.0543~0.0614의 값으로 계산되었다. 그림 162는 이들 시료에 대한 반사에너지 그래프이다. 10㎛두께의 불투명 코팅면에 대해 직접법으로 측정한 결과 온도에 따라 0.7705~0.8692의 방사율을 나타내고 있다. 이 값은 간접법에 의해 측정한 결과들과 많은 차이를 보이고 있다. 제4절. 간접법에 의한 방사율 측정 결론 1. 분말에 대해 간접법과 직접법에 의해 측정한 결과, 두 가지 방법에서 성형압이 높고, 입도가 작을수록 방사율이 떨어지는 경향성을 나타내었다. 직접법에 의한 방사율 값은 0.8912~0.9071이고, 간접법에 의한 결과는 0.9626~0.9854의 값으로서 간접법이 약 7% 정도 높은 방사율을 보이고 있다. 2. 소결체는 직접법에 의한 방사율은 0.9369~0.94 27이고 간접법에 의한 값은 0.9709~0.9793이다. 간접법이 약 3.5% 정도의 높은 방사율을 보이고 있어 많은 차이를 보이고 있다. 3. 괴상시료의 경우 간접법과 직접법이 같은 경향성을 나타내지만, 조도에 따라 0.8672~0.9679로서 직접법에 의한 측정결과에 비해 높은 방사율 값으로 측정되었다. 4. 투명 SiO2코팅막의 두께가 10㎛일 때 방사율이 0.6517이며 직접법에서는 40℃에서는 0.855이고 200℃에서는 0.6397값으로 높은 온도에서는 비슷한 값을 보이지만 낮은 온도에서는 직접법이 더 높은 방사율을 보이고 있다. 5. 불투명 코팅막에 대해서 두께가 10㎛일 때 방사율은 0.9390~0.9463이며 직접법에서는 온도에 따라 0.8692~0.7705 값이다. 따라서 간접법이 높은 방사율을 나타낸다. 따라서 분말, 소결체, 괴상, 코팅막 등의 시료에 대해서는 간접법과 직접법이 경향성은 비슷하게 나타나지만 일관성이 없으므로 현재까지는 원적외선 방사에너지 및 방사율은 직접법으로 측정하는 것이 적당하며 간접법에 대한 측정은 물질표면에서 표면상태에 따라 빛의 산란, 분산 등의 영향을 받기 때문에 이들의 특성과 방사율의 관계를 뒷받침하는 요소기술이 필요하다고 사료된다. (끝) 그림 151. 표면조도에 따른 반사율 그래프 그림 152. 표면조도에 따른 방사율 그래프 그림 153. 괴상의 조도에 따른 반사율 그래프 그림 154. 괴상의 조도에 따른 방사율 그래프 그림 155. 괴상의 조도에 따른 반사에너지 그래프 표 47. 괴상의 표면조도에 따른 반사율 및 방사율 표면조도 반사에너지(W/㎡ㆍℓℓm) 반사율 방사율 2.58㎛ 11.14 0.0321 0.9679 1.71㎛ 22.98 0.0660 0.9340 0.58㎛ 28.55 0.0820 0.9180 0.38㎛ 33.42 0.0961 0.9039 0.23㎛ 46.26 0.1329 0.8671 그림 156. 괴상의 조도에 따른 반사율값의 변화 그림 157. 괴상의 조도에 따른 방사율값의 변화 그림 158. 투명 SiO2코팅면의 원적외선 반사율 그래프 그림 159. SiO2코팅면의 원적외선 반사에너지 그래프 그림 160. SiO2코팅면의 원적외선 방사율 그래프 그림 161. 전이금속이 혼합된 SiO2코팅면의 원적외선 반사율 그래프 그림 162. 전이금속이 혼합된 SiO2코팅면의 원적외선 반사에너지 그래프 그림 163. 전이금속이 혼합된 SiO2코팅면의 원적외선 방사율 그래프 오유근 명지대학교 대학원 무기재료공학과 공학박사 마산도자기시험소 원료과 공업연구사 충북지방중소기업청 공업연구사 기술표준원 요업과 공업연구관 요업기술원 원료과 공업연구관 현재 요업기술원 도자·구조세라믹본부장 박선민 단국대학교 대학원 화학공학과 공학박사 기술표준원 신뢰성과 공업연구사 요업기술원 원료과 공업연구사 현재 요업기술원 도자·구조세라믹본부 선임연구원 문성재 홍익대학교 무기재료공학과 학사 현재 요업기술원 도자·구조세라믹본부 연구원 강병철 한국건자재시험연구원 원적외선응용평가센터 선임연구원