재료공학부 강의도서: 학부

원자구조, 결정구조, 상평형, 공정 등에 관한 재료공학의 기초지식과 이를 바탕으로 금속, 고분자, 세라믹 등 각 재료의 구조와 특성을 공부함과 동시에 최신재료와 미래의 재료를 공부하고, 각 재료별로 주어진 설계 과제를 팀 별로 수행한다.

대부분의 재료는 결정질로 이루어져 있으며, 재료를 구성하는 화합물의 구조는 원자, 이온, 또는 분자의 배열상태로써 설명한다. 재료 내의 구성원소의 배열상태인 결정구조와 결정이 갖는 물성의 방향성은 결정의 대칭으로 설명한다. 결정격자와 기초적인 결정구조를 이해하고 결정기하에서 결정축계, 대칭요소와 대칭조작, 32 결정점군, 17 평면군, 230 공간군을 결정물리에서 초전성, 강유전성, 압전성, 탄성 등의 물성과 결정이 갖는 대칭과의 관계를 설명한다. 결정구조 해석의 기초적인 지식을 위하여 회절물리와 회절기하를 설명하고, X-선 회절의 기초를 다룬다.

온도, 압력, 체적 등 외부의 거시적 양에 따른 물질의 화학적 물리적 변화의 속도를 다루는 화학반응 속도론을 공부한다.

상평형 및 재료의 상변태에 관한 개요를 다루되 특히 고체에서의 상변태의 열역학 및 속도론의 기초원리를 간결하게 설명한다. 이를 위하여 속도론적 과정을 이해하는데 필요한 개념 및 핵생성과 생성상의 성장에 관한 이론을 다룬다.

재료공학 연구에 기본적으로 필요한 실험 지식을 습득하는 한편 상변태, 열역학, X-선 결정학 등의 교과목에서 배운 재료의 성질을 실험을 통하여 다시 배울 수 있도록 한다.

이 실험에서는 1) 전공필수 “재료의 전자기적 성질”관련 실습으로서 재료의 전기적 자기적 특성을 직접 느끼고 정량화하는 방법을 체득케하고, 2) 전공필수 “결정구조학” 관련 실습으로서 X-선 회절을 응용하는 능력을 배양하며, 3) 흙붙이 재료의 제조 공정 (특히 분말공정) 및 소성체의 특성을 분석하는 법을 익히게 함.

이 과목은 재료학부생에게 고전적인, 또는, 양자역학적인 관점에서 정성적으로 재료의 전기적, 자기적, 광학적, 그리고, 열적 성질을 재료를 구성하고 있는 전자와 원자의 관점에서 이해할 수 있도록 하는데 목적이 있다.

본 과목에서는 재료공학과 관련된 종합설계의 개념을 소개하고, 프로젝트의 수행을 통해서 학생들에게 종합설계능력을 부여하는 것을 목적으로 한다. 수업은 강의와 프로젝트 수행으로 구성되며, 학생은 프로젝트의 수행을 통해 학부에서 배운 재료공학 및 학제적 지식을 현실적 문제해결을 위해 적용할 뿐만 아니라, 제안서 작성, 경영 및 생산성 개념, 과제 일정관리, 협동심, 창의성, 발표력 및 의사소통 능력, 공학적 윤리관 등을 포괄적으로 함양하게 될 것이다.

우리가 현재 누리고 있는 현대 문명은 기계, 우주항공, 조선, 에너지 등의 중화학공업과 반도체, 컴퓨터, 정보통신과 같은 전자공업의 눈부신 발전의 덕택이다. 그러나 이와 같은 진보적 발전은 기존 재료의 품질 개선과 새로운 재료의 개발, 응용과 같은 재료산업의 도움이 없이는 불가능하였다고 해도 과언이 아니다. 그리고 현대산업의 발전에 이와 같은 핵심적 역할을 수행하고 있는 재료의 중요성과 그 수요는 산업이 발달될수록 더욱 증대될 것으로 예상되고 있다. 따라서 재료과학개론에서는 현대산업의 근간이 되고 있는 재료의 특성 이해, 제조 방법에 관해 수학적인 방법보다 서술적인 방법을 통하여 학습하고자 한다. 그리고 재료의 화학적, 기계적, 열적, 광학적, 전기적 특성에 미치는 요인들을 살펴보고, 이를 통하여 기본 물리적 원리와 재료 물성의 관계를 파악하고자 한다.

재료를 전공하는 학생들에게 양자역학, 원자구조, 분자구조, 고체구조 등을 이해하기 위한 기초적 개념을 제공한다.

재료수치해석 과목은 재료공학을 연구하고자 하는 학부 학생들에게 필요한 기본적인 수치해석 능력을 교육하는 교과목이다. 컴퓨터의 연산 원리, 오차 및 수치해석의 기본 이론을 학습하고, 근 구하기, 근사, 수치 미적분, 행렬 계산을 학습한 후, 상미분 방정식과 간단한 편미분 방정식을 수치해석하는 과정을 학습한다. 이 교과목은 특히 실습을 통하여 학생들이 수치해석 기능을 익히는 것이 포함된다.

첨단산업의 발달과 더불어 새로운 성능을 가진 재료들이 개발, 응용되고 있으며 이에 따라 재료분석의 역할이 매우 커지고 있다. 본 교과목에서는 기초적인 재료분석기기의 원리와 응용을 소개함으로써, 재료공학의 이해를 넓히고 향후의 연구활동 도움을 주고자 한다. 금속, 세라믹, 고분자 등 재료 전분야에 걸쳐 기초적인 분석장비로 이용되고 있는 기기들을 다루고자 하며 특히, 재료의 성능을 크게 결정하는 성분과 구조를 분석하는 장비에 중점을 두고자 한다.

광석으로부터 금속성분을 추출하는 전반적인 설비와 공정에 대해 강의하며, 추출원리에 대한 기본이론과 다양한 금속 및 반도제 재료의 생산 과정을 이해하고 구성할 수 있도록 한다. Pyrometallurgy를 중심으로 강의가 진행되지만, 최근에 강조되는 전기야금을 포함한 습식제련도 연관된 공정을 중심으로 원리를 터득한다. 주요 연구 대상 금속은 철 및 중요 비철 금속(구리, 아연, 알루미늄) 그리고 반도체 재료(실리콘)이다.

재료를 제조, 가공 및 이용할 때 필요한 전기화학적 반응을 이해하고 이를 적극적으로 응용하기 위한 기본지식을 강의한다. 먼저 물리화학에서 배운 열역학에 전기적 에너지를 포함시켜 평형을 고려할 때 나타나는 전극전위와 분극현상, 및 평형을 벗어날 때의 전극반응속도론 같은 기본개념을 다룬 후 전지반응, 금속의 부식반응, 전해 채취, 표면처리 등을 다루는데 새로운 개념의 전지를 고안 하고 설계하도록 한다.

금속 재료들은 재료의 화학조성이나 제조공정 등에 따라 상당히 다른 기계적 특성을 보이게 된다. 이 과목에서는 합금들이 어떻게 다른 특성들을 갖게 되는 지를 이해하고 또 우리가 원하는 특성의 합금을 어떻게 설계할 수 있는가에 대한 재료공학적 기초를 제공하고자 한다. 재료의 결정구조 및 결함 등 결정학적 구조를 이해하도록 하며 재료공정에 따른 재료의 미세조직 형성 과정을 원자의 확산과 재료의 상변태 등에 기초하여 강의한다. 재료의 강화기구들을 대표적 합금을 예로 들어 설명함으로써 재료의 미세조직과 기계적 특성과의 상호 관계에 대한 이해를 높이도록 한다.

반도체 산업체에 종사하는 재료공학분야의 기술자들이 전자회로의 동작원리를 잘 이해하면 전기공학분야의 기술자와 협동이 잘 이루어짐으로서, 반도체 분야의 연구, 개발, 생산에 더 많은 기여를 할 것으로 기대되어, 본 과목에서는 반도체 소자의 기본 동작 원리와 이들이 전자회로에서 하는 역할과 정보처리를 위한 간단한 전자회로의 기초를 강의한다.

세라믹스 소재의 구조(결함구조와 미세구조)와 특성의 상관관계를 이해 하고, 공정을 통하여 구조를 제어 혹은 재단함으로서 특성을 제어하고 나아가 재단할 수 있는 물리화학적 원리를 이해하기 위한 교과목으로서, 세라믹스 소재가 어떤 결정구조로 되어 있으며 전하와 물질이 그 안에서 어떻게 이동하며, 주위의 다른 상들과 어떻게 평형을 이루고, 물질의 이동에 의하여 어떻게 가공되며 미세구조가 어떻게 구현되는가를 다룸.