내열재료 heat resistance material

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1 내열재료 heat resistance material
고온, 고열에 견딜 수 있는 재료를 말한다. 고온가스의 침식에도 견디고, 고온에 형상이 변하지 않고 강도를 유지하고 있는 것이 필요하다. 통칭 내열재료라고 하더라도 재료에 따라 내열의 수준은 다르다. 내화 단열 재료로서는 벽돌이 있다. 금속의 대표로서는 스테인레스를 들 수 있으나 이것은 크롬, 니켈, 몰리브덴 등을 첨가하여 내열성을 더하고 있다. 고Cr계통, 고Cr-Ni계 주강, 스테인레스강, 니켈 초합금 등이 있다. 내열성고분자(heat resistant polymer, thermally stable polymer)는 기계적 · 전기적 성질 등 여러 성질을 고온에서도 유지할 수 있는 고분자 물질. 무기(無機)고분자, 킬레이트 고분자, 내열성 단위를 가지는 유기고분자 등이 이에 속한다. 일반적으로 유기고분자에서는 전공액계 고분자가 열적으로 안정하다. 그러나 이들 고분자는 용매에 잘 녹지 않는다. 내열성 단위로서는 분자 사이 힘이 큰 요소 · 아미드 결합 등이 대표적인 것이다. 내열성을 향상시키기 위해서는 분사 사이의 상호작용이 강하고, 융해를 하여도 엔트로피가 그다지 증대하지 않는 구조를 갖게하는 것이 필요하다. 1) 내열강(heat resisting steel) : 고온에서도 기계적 성질이 안정되고 내식성 등이 좋은 합금강. 강철을 고온에서 사용하려면, 고온에서도 강도가 떨어지지 않게 하고, 고온의 대기 · 가스 등의 사용조건에서도 산화 등을 일으키지 않도록 해야 한다. 내산화에는 알루미늄, 규소, 크롬 등을 첨가하면 효과가 있다. 그러나 알루미늄과 규소는 가공하기 어려우므로, 처음에는 크롬만을 첨가한 크롬강을 만들고, 이어서 크롬과 몰리브덴을 첨가한 합금강을 만든다. 그 후 크롬과 니켈을 많이 첨가하여 고온에서 안정된 오스테나이트상(면심입방구조)으로 만든 것이 사용된다. 내열강은 고온열기관 · 고온화학공업기기 · 원자로부품 등에 사용된다. 2) 내열합금(heat resisting alloy) : 초합금(super alloy). 내연기관이나 보일러 등 고온에서 장시간 사용되는 부품에 이용되는 합금으로, 특히 고온화에서의 산화, 부식에 대한 안정성과 크니프나 내피로에 대하여 강도가 높다. 표면안정성, 비중, 비용의 조건을 고려하면 크롬 특히 니켈크롬의 표면안정화강이 내열재로서는 가장 바람직하다. 실용되는 내열 합금은 바탕 금속에 따라서 ① 철계, ② 니켈계, ③ 코발트계, ④ 크롬계, ⑤ 녹는점이 높은 금소계로 분류된다. Fe, Ni, Co 3금속을 주성분으로 하는 합금이 많아 합금원소가 50% 이상이거나 Ni 나 Co가 주성분인 것을 내열합금 또는 초합금이라고 한다.

2 내열재료 heat resistance material
3) 내열도료(heat resistant coating) : 100˚C 이상의 고온이 되는 물체에 칠하여 내식이나 미관 유지의 구실을 하는 도료. 즉, 변색, 균열, 연화, 휘발, 박리 등의 파손이 일어나지 않거나 손상이 가벼운 도료를 말한다. 안료로는 알루미늄분말, 아연분말, 흑연, 백색주석, 규조토, 아연화(亞鉛華 : 산화아연), 티탄화이트, 울트라마린, 카드뮴레드, 리토폰, 황산납, 앰버(호박), 석면 등 내열성의 것이 사용된다. 도장의 주요소인 전색제(展色劑)로는 내열성이 최고인 실리콘수지가 많이 이용되며, 이 밖에 너무 고온이 되지 않는 부분의 도료로는 티탄산에스테르, 에폰, 페놀수지, 프탈산수지, 슈퍼니스 등의 유기물이 사용된다. 이전에는 규산나트륨 등의 무기물도 사용되었으나, 현재는 사용되지 않는다. 고내열안료를 첨가한 실리콘 수지 도료는 500˚C 이상에서 몇 시간 동안 사용해도 견딘다. 또 알키드수지 등으로 변성한 실리콘수지는 변성하지 않은 수지에 비해 내열성이 부족하다. 전동기, 변압기, 석면제품, 기관, 반응관, 난방기구, 노의 바깥벽 등의 도장에 사용된다. 4) 내열성섬유(heat resistant fiber) : 고열에 타지도 녹지도 않는 섬유. 유리섬유 · 탄소계섬유 등의 불연성 섬유와는 구별된다. 유기계통의 폴리아미드계 합성섬유로서, 250˚C 정도의 고열에서도 장시간 타지 않고 견딜 수 있다. 폴리아미드계의 합성섬유는 전기절연재료로 적당하며, 소방복, 비행복, 구명대, 낙하산, 방화커튼 등에 사용한다. 5) 내열세라믹스(heat resistant ceramics) : 높은 온도로 가열되는 부위에서 용융하지 않고 화학적으로도 안정한 무기 화합물 재료. 일반적으로 Al₂SiO₃- SiO₂계인데 이외에 산화물계, 탄화물계, 질화물계 등이 있다. 산성내화물로는 규석질, 샤못, 납석질, 중성 내화물로는 알루미나질, 크롬-마그네시아질, 크롬질, 염기성 내화물로는 마그네시아질, 돌로마이트질 등이 있다. 흑연, 탄화규소, 질화물 등의 계열에 속하는 내화물은 중성이나 환원기류여야만 사용할 수 있다. 내열 세라믹스는 내화도뿐만 아니라 하중 연화점, 스폴링, 슬래그에 대한 내식성, 열충격저항, 열팽창성, 열전도도와 같은 성질들이 사용 부위에 따라 적절하게 갖추어져야 한다.

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6) 내열시멘트(heat resistant cement) : 알루미나시멘트, 인산시멘트, 에틸실리케이트시멘트 등은 내열성이 뛰어나므로 내열시멘트라 한다. 알루미나시멘트는 석회석과 보크사이트를 소성 또는 녹여서 만든다. 성분 중 알루미나 Al₂O₃는 30~80%인데, 내화물용은 고알루미나질이 사용된다. 인산시멘트는 각종 산화물 또는 규산염류를 인산으로 반죽한 것으로 상온경화성과 열경화성의 것이 있다. 저온에서의 강도는 알루미나시멘트에 비해 다소 낮지만 가열에 의한 강도저하현상이 발생하지 않는다. 설비관리용어사전(김국, 박상돈)