세상에서 가장 강한 재료는?

세상에서 가장 강한 재료는?

세상에서 가장 강한 재료는?

강하다, 단단하다, 질기다는 말이 나왔는데 일상생활에서는 강하다, 단단하다, 질기다는 말들이 그렇게 큰 차이가 없는데 재료 공학에서는 엄밀하게 다른 용어로 사용되고 있습니다. 일단 강하다, 단단하다, 질기다에 해당하는 재료 공학적 용어를 같이 살펴보겠습니다. 강하다는 얘기는 보통 강도, 영어로는 strength라고 얘기를 합니다. 강도라는 것은 정해 놓은 것처럼 복구될 수 없는 변형이 있기 전까지 버틸 수 있는 정도입니다. 예를 들어서, 금속의 막대가 있는데 이것이 휘었다면 여러분들이 다시 되돌릴 수가 없죠. 이미 이것은 그 강도 이상의 힘이 주어졌기 때문이다라고 평가를 할 수 있습니다

강하다, 단단하다, 경도 구분

반면에 강하다와 단단하다를 잘 구분하지 않는 분들이 많은데 단단하다는 재료 공학에서 경도(hardness)라고 말합니다. 경도라는 것은 강도와는 다른 개념인데 단단하고 무른 정도를 얘기하는 것이고 서로 긁거나 비볐을 때 흠집이 나는지 안 나는지를 경도라고 얘기합니다. 아주 단단한 재료라는 것은 외부에서 긁어도 흠집이 나지 않는 재료라고 말할 수 있습니다. 그리고 질기다는 용어에 해당하는 재료 공학 용어는 파괴인성(fracture toughness)입니다. 특히 금속이라든지 세라믹, 복합 재료에서 굉장히 중요하게 생각되는 변수(parameter) 중 하나입니다. 파괴인성이라는 것은 강도 이상의 힘을 받더라도 완전히 깨지는 일이 없는 재료를 만들 필요가 있을 때 사용하는 용어입니다. 즉, 재료가 완전히 깨질 때까지 버티는 힘을 말합니다. 우리는 흔히 저 친구는 터프가이(tough guy)라는 말을 하는데 어떤 의미인가요? 그 친구가 정말 펀치가 쌔서 그런 것이 아니라 맞아도 일어나고 또 맞아도 일어나는 것처럼 질기게 일어나는 사람을 터프가이라고 말하는 것처럼 파괴인성도 재료가 완전히 파괴될 때까지 버티는 정도라고 기억하시면 됩니다.

세상에서 가장 강한 재료

제가 생각하기에는 거의 열에서 아홉은 다이아몬드를 얘기할 것 같습니다. 실제로 여러 광고에 나오는데 위에 보시면 ‘You’re a diamond rear. They can’t break you, 너를 깰 수가 없으니까 너는 다이아몬드야’ 아주 강한 재료라는 인상을 주죠. 그 밑에 보면 치약광고인데 ‘diamond strong, 다이아몬드처럼 강한 재료다’ 이처럼 다이아몬드는 어느새 사람들의 인식 속에는 강하다는 이미지로 들어 있습니다. 그럼 왼쪽 그림 모양의 다이아몬드는 어떻게 만드는지 아시나요? 자연에서 다이아몬드를 산출하면 질 좋은 다이아몬드는 대부분 팔면체 형태로 나타나게 됩니다. 손에 들고 있는 것처럼 팔면체 모양의 조그마한 다이아몬드들이 자연에서 산출이 됩니다. 그럼 이 모양에서 이 모양이 어떻게 만들어지는지 궁금하시지 않나요? 확인해볼까요? 보통 이렇게 되어 있으면 큰 다이아몬드 하나와 작은 다이아몬드 하나가 양쪽으로 마주 보게 해서 잘라서 만듭니다. 밑에 보시면 잘라진 다이아몬드가 보이시죠. 어떻게 자르냐 하면 뒤에서 보여드릴 텐데 톡 치면 깨지게 됩니다. 여러분들이 실수하기 쉬운 것 중에 하나가 영화 같은 곳에서 보고 어머니 다이아몬드를 가져가서 망치로 때리면 그대로 박살이 납니다. 왜냐하면 다이아몬드는 강한 재료가 아니라 단단한 재료이기 때문입니다. 여기에 못을 대고 망치로 때려주면 갈라지게 되죠. 이것이 바로 다이아몬드입니다. 즉, 다이아몬드는 강하지 않습니다. 그 이유가 뭐냐 하면 다이아몬드는 세라믹인데 세라믹 재료의 경우는 특정한 방향으로 잘 깨지는 면들이 있습니다. 그것이 뭐냐 하면 + - 라던지 결합이 일정한 방면으로 되어 있기 때문에 특정한 방향으로 잘 깨지게 됩니다. 이것을 재료 공학 용어로는 cleavage(벽개)라고 하는데 다이아몬드는 두 개의 아주 일반적인 cleavage plane(벽개면)이 있습니다. 그래서 그쪽으로 잘 깨지게 됩니다. 단, 다이아몬드는 다른 것들로 긁어서는 흠집을 낼 수 없습니다. 즉, 다이아몬드는 경도(hardness)가 높은 재료이지만 강도(strength)가 높은 재료는 아니다는 것을 아시는 것이 중요할 것 같습니다. 말로 이렇게 정적인 화면으로 보시는 것보다는 여러분들이 실제로 다이아몬드를 가공하는 모습이라든지 다이아몬드가 얼마나 쉽게 깨지는지 같은 것들을 소개해드렸으니 한 번 잠깐 시간을 내 찾아보시면 굉장히 도움이 될 것이라고 생각됩니다.