고체 재료 내의 결정 결함 (선 결함, 계면 결함, 체적 결함) (2)

안녕하세요

 

오늘은 어제에 이어서 결함을 나가도록 하겠습니다.

 

 

1. 0차원 점 결함

 

2. 1차원 선 결함

 

3. 2차원 계면 결함

 

4. 3차원 체적 결함

 

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2. 1차원 선 결함

 

선 결함은 크게 전위라고 할 수 있는데,

 

전위(dislocatiion)란 일부 원자들의 정렬이 어긋난 선 결함과 그 외에도 1차원적 결함을 모두 포함한 결함입니다.

 

 

① 칼날 전위(Edge dislocation)

(출처: 재료과학과 공학 서적)

 

칼날 전위란 결정 내에서 원자의 잉여 반 평형면 끝 주위에서 생성되는 격자의 비틀림과 관련된 선형 결함(전위선)입니다.

 

- 빨강 원 부분

전위선 윗부분에 위치한 원자들의 경우 압축력이 작용하게 됩니다.

 

- 검정 원 부분

전위선 아랫부분에 위치한 원자들의 경우 인장력이 작용하게 됩니다.

 

 

이렇게 전위선 위, 아래 부분이 다른 힘이 작용하게 되고

 

전위 발생 부근에 원자면이 휘어지게 되어 뒤틀림이 발생하게 됩니다.

 

- 버거스 벡터

버거스 벡터란 전위를 동반하는 격자 뒤틀림의 크기와 방향을 뜻합니다.

 

 

위의 그림을 확인하시면 (빨강선, 파랑선),

 

칼날 전위의 경우 전위선과 버거스 벡터가 서로 수직 관계를 가지고 있습니다.

 

 

 

② 나선 전위 (screw dislocation)

(출처: 재료과학과 공학 서적)

 

나선 전위란 뒤틀림에 의한 전단 응력에 의해 발생된 전위로

 

주위의 결정면이 나선형으로 되어있어서 붙여진 이름입니다.

 

- 버거스 벡터

 

위의 그림을 확인하시면 (빨강선, 파랑선),

 

나선 전위의 경우 전위선과 버거스 벡터가 서로 평행 관계를 가지고 있습니다.

 

 

③ 혼합 전위 (칼날 전위+나선 전위)

 

혼합 전위란 칼날 전위와 나선 전위가 혼합되어있는 상태로

 

실제로 재료들의 경우 각각 한 종류의 전위만 존재하는 것이 아니라 혼재된 상태로 존재하게 됩니다.

 

 

 

3. 2차원 계면 결함

 

계면이란 다른 결정 구조나 결정 방향을 가진 재료의 두 영역을 분리시켜주는 경계면입니다.

 

이런 경계면에서 발생하는 결함에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

 

① 외부 표면 (external surface)

 

외부 표면이란 결정 구조의 연속성이 종료되는 부분이기 때문에  계면 결함에 속하게 됩니다.

 

 

② 결정립계 (grain boundary)

결정립계란 방향이 다른 결정립이 서로 마주치는 경계면입니다.

 

원자의 배열의 규칙성과 반복성이 무너지게 되므로 결정립계를 경계로 에너지가 높은 불안정한 상태가 형성됩니다.

 

 

③ 상계면 (phase boundary)

 

상계면이란 서로 다른 상이 동시에 존재할 때 상 사이의 경계면을 이야기합니다.

 

이때, 두 상은 서로 다른 물리적, 화학적 특성을 가진 재료입니다.

 

 

④ 쌍정립계 (twin boundary)

 

쌍정립계란 두 격자가 정확한 대칭을 이루고 있는 결정립 사이의 계면을 이야기합니다.

 

(전단응력, 어닐링 등에 의해서 발생하게 됩니다.)

 

 

 

4. 3차원 체적 결함

 

체적 결함에는 기포, 균열, 외부 물질 등에 의한 결함이 속합니다.

 

이런 결함은 재료의 제조나 가공 공정 중에 발생하게 됩니다.

 

 

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이것으로 0차원~3차원까지의 결함에 대해서 알아보았습니다.

 

이 주제는 더 깊게 들어가게 되면 내용이 방대하기 때문에 시간이 되면 한 번 더 포스팅하도록 하겠습니다.

 

감사합니다.

 

 

고체 재료 내의 결정 결함 (점 결함) (1)