개념 한 쪽
신소재는 기존 재료로는 얻기 어려운 성질을 노려 만든 재료다. 이 세트는 임계 온도 이하에서 전기 저항이 0이 되는 초전도 재료, 가볍고 내열·내마모성이 뛰어난 파인세라믹스, 가열하면 원래 모양으로 돌아오는 형상기억합금, 항공기용 고강도 알루미늄 합금인 초두랄루민, 고강도·고내마모의 베릴륨 청동을 묻는다. 선지 판단은 「그 성질이 어느 재료의 것인가」를 가르는 데서 갈린다.
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초전도 재료는 특정 임계 온도 이하로 냉각될 때 전기 저항이 완전히 0이 되는 성질을 가진다. 이 현상은 순금속이나 합금 등 다양한 물질에서 관찰되며, 상온에서 초전도가 일어나는 재료는 아직 실험 단계다. 알루미나나 세라믹 소결은 고온 초전도체를 만드는 제조 공정일 뿐 초전도 상태의 정의가 아니다. 형상기억합금은 상온에서 변형시킨 뒤 원래 모양으로 회복되는 온도로 가열하면 원래 모양으로 돌아오는 합금이다. Ni-Ti계, Cu-Al-Ni계, Ni-Ti-Cu계가 대표적이고, Ni-Cr-Fe계는 형상기억 효과가 아니라 내열 초합금으로 분류된다.
파인세라믹스는 자동차용 신소재로, 가볍고 강도가 높으며 내화학성·내마모성·내열성이 우수하다. 금속과 달리 이런 성질을 노려 쓰는 재료이므로, 어느 하나를 반대로 적은 선지가 오답이 된다.
고강도 합금 쪽도 이름과 성질이 짝을 이룬다. 초두랄루민은 Al-Cu-Mg계 고강도 알루미늄 합금으로, 항공기 구조재는 비강도(강도÷밀도)가 높아야 하므로 경량인 알루미늄 합금이 적합하다 — 세라믹은 취성, 강재는 중량 때문에 항공기 구조재로는 밀린다. 베릴륨 청동은 석출경화로 고강도·고내마모성을 얻는 대신 가공이 어렵고 가격이 비싸다. 다이캐스팅용 합금은 금형에 고압으로 주입하는 공정이므로 용금의 유동성이 가장 우선 요구된다. 절삭성·내산성·내식성은 제품의 사용 특성이라 공정 조건과 구분된다.
출제는 재료의 이름과 성질을 서로 바꿔 놓는다. ① 초전도 — 「임계 온도 이하에서 저항 0」이 정의이고, 상온에서 작동한다는 선지는 오답이다. ② 형상기억 — Ni-Ti·Cu-Al-Ni·Ni-Ti-Cu는 해당되고 Ni-Cr-Fe는 내열 초합금이라 걸러진다. ③ 파인세라믹스 — 경량·고강도·내열·내마모 중 하나를 반대로 적은 선지를 찾는다. ④ 항공기 재료 — 경량과 고강도가 함께 필요하므로 초두랄루민이 답이 되고, 세라믹과 강재는 취성·중량 때문에 제외된다. ⑤ 다이캐스팅 — 「유동성」이 공정상 우선 조건이다.
신소재인 초전도 재료의 초전도 상태에 대한 설명으로 옳은 것은?
정답 ④ · 초전도 재료의 초전도 상태에 대한 옳은 설명을 고르는 문제이다. 초전도 현상은 순금속이나 합금을 냉각하여 특정 임계 온도에 도달하면 전기 저항이 갑자기 0이 되는 현상이다.
초전도 현상은 특정 임계 온도 이하로 냉각될 때 전기 저항이 완전히 0이 되는 양자역학적 현상이다.
자동차용 신소재인 파인세라믹스(fine ceramics)에 대한 설명 중 틀린 것은?
정답 ② · 문제는 파인세라믹스의 특징 중 틀린 것을 고르는 것이다. 파인세라믹스는 일반적으로 경량이며 화학적 안정성과 마모·열 저항성이 우수한 재료로 알려져 있어 가볍다, 내화학성이 우수하다, 내마모성 및 내열성이 우수하다는 설명은 모두 적절한 특성이다.
파인세라믹스는 가볍고 강도가 높으며 내화학성, 내마모성, 내열성이 우수한 신소재이다.
다이캐스팅용 합금의 성질로서 우선적으로 요구되는 것은?
정답 ① · 다이캐스팅용 합금에 우선적으로 요구되는 성질을 묻는 문제이다. 다이캐스팅은 용융 금속을 금형에 고압으로 주입하여 빠르게 충진시키는 주조법이므로, 금형의 얇고 복잡한 부분까지 충분히 흘러 들어가야 한다.
다이캐스팅은 금형에 고압으로 주입하므로 용금의 유동성이 가장 우선적으로 요구된다.
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