재료공학개론

1 재료공학 1
1.1 재료의 세계 2
1.2 재료과학과 공학 3
1.3 세상을 바꾼 6가지 재료 3
강으로 만든 다리: 금속 재료 소개 3
투명 산화물: 세라믹 재료 소개 5
스마트폰과 태블릿: 유리 재료 소개 9
나일론 낙하산: 고분자 재료 소개 10
케블라® 강화 타이어: 복합재료 소개 13
실리콘 칩: 반도체 재료 소개 14
1.4 재료의 공정과 선택 16
1.5 10의 거듭제곱에 의한 재료 살펴보기 18

PART 1 기본 이해
2 원자 결합 23
2.1 원자 구조 24
2.2 이온 결합 30
배위수 35
2.3 공유 결합 41
2.4 금속 결합 47
2.5 2차 결합 또는 van der Waals 결합 50
2.6 재료: 결합 분류 52

3 결정질 구조: 완전결정 59
3.1 7가지 결정계와 14가지 결정격자 61
3.2 금속 구조 64
3.3 세라믹 구조 68
3.4 고분자 구조 77
3.5 반도체 구조 79
3.6 격자 위치, 방향, 면 83
3.7 엑스선 회절 95

4 결정 결함과 비정질 구조: 결함 105
4.1 고용체: 화학적 결함 106
4.2 점 결함: 0차원 결함 111
4.3 선 결함 또는 전위: 1차원 결함 113
4.4 면 결함: 2차원 결함 116
4.5 비정질 고체: 3차원 결함 120

5 확산 129
5.1 열적으로 활성화된 공정 130
5.2 열에 의한 점 결함의 생성 134
5.3 점 결함과 고상 확산 136
5.4 정상 상태 확산 146
5.5 또 다른 확산 경로 148

6 기계적 거동 155
6.1 응력 대 변형률 156
6.2 탄성 변형 177
6.3 소성 변형 178
6.4 경도 185
6.5 크리프와 응력 완화 189
6.6 점탄성 변형 196
무기 유리 197
유기 고분자 199
탄성고분자 202

7 열적 거동 215
7.1 열용량 216
7.2 열팽창 219
7.3 열전도도 222
7.4 열충격 226

8 파괴의 분석과 방지 233
8.1 충격 에너지 234
8.2 파괴 인성 240
8.3 피로 244
8.4 비파괴 시험 253
8.5 파괴의 분석과 방지 256

9 상태도: 평형 미세구조 형성 263
9.1 상 법칙 264
9.2 상태도 268
전율 고용체 268
고용체가 없는 공정 상태도 272
한율 고용체를 갖는 공정 상태도 275
공석 상태도 276
포정 상태도 280
일반적인 2원 상태도 282
9.3 지렛대 법칙 288
9.4 서냉을 통한 미세구조 형성 291

10 속도론: 열처리 311
10.1 시간: 제3차원 312
10.2 TTT 선도 317
확산 변태 318
무확산 (마르텐사이트) 변태 320
강의 열처리 324
10.3 경화능 332
10.4 석출 경화 335
10.5 어닐링 339
냉간 가공 339
회복 340
재결정 340
결정립 성장 342
10.6 비금속의 상변태 속도론 343

PART 2 재료와 응용

11 구조 재료: 금속, 세라믹, 유리 355
11.1 금속 356
철 합금 356
비철 합금 363
11.2 세라믹과 유리 367
세라믹: 결정질 재료 368
유리: 비정질 재료 369
결정화 유리 371
11.3 구조 재료 공정 374
금속의 공정 374
세라믹과 유리의 공정 381

12 구조 재료: 고분자와 복합재료 391
12.1 고분자 재료 392
중합반응 392
고분자의 구조적 특성 398
열가소성 고분자 402
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차례 xiii
열경화성 고분자 404
첨가제 406
12.2 복합재료 408
섬유 강화 복합재료 409
집합 복합재료 415
특성 평균화 417
복합재료의 기계적 성질 423
12.3 구조 재료 공정 428
고분자 공정 428
복합재료 공정 430

13 전자 재료 439
13.1 전하 운반자와 전도 440
13.2 에너지 준위와 에너지대 445
13.3 도체 451
열전대 454
초전도체 456
13.4 절연체 463
강유전체 465
압전체 467
13.5 반도체 471
진성, 원소 반도체 472
불순물, 원소 반도체 477
화합물 반도체 489
반도체 공정 492
반도체 소자 496
13.6 복합재료 506
13.7 재료의 전기적 분류 506

14 광학 및 자성 재료 515
14.1 광학 재료 517
광학적 특성 519
광학 시스템과 소자 529
14.2 자성 재료 538
강자성 542
페리자성 549
금속성 자석 552
세라믹 자석 557

15 공학설계 재료 569
15.1 재료의 성질: 공학설계의 파라미터 570
15.2 구조용 재료의 선택: 사례연구 574
고관절과 무릎관절 교체를 위한 재료 575
금속을 대체하는 복합재료 578
15.3 전자, 광학, 자성 재료의 선택: 사례연구 580
발광 다이오드 580
스마트폰과 태블릿의 터치스크린용 유리 583
배전을 위한 비정질 금속 585
15.4 재료와 우리의 환경 586
재료의 환경 열화 586
설계에서 환경적 관점 602
재활용과 재사용 605

부록 1 원소의 물리적, 화학적 수치 617
부록 2 원소의 원자 및 이온 반지름 620
부록 3 상수값과 변환 계수와 주기율표 623
부록 4 재료물성도표 625
부록 5 전자, 광학, 자성 재료의 특성 633

용어 해설 637
연습문제와 복습문제 해답 654
찾아보기 661