상태도 분석 6) 포정반응 (peritectic) / 핵편석

포정반응이란 공정반응의 '냉각시' 하나의 액상에서 두가지 서로다른 고상으로 분해되는 것을 볼수 있는것과 다르게

'가열시' 하나의 고상이 하나의 액상과 다른 고상 하나로 분해되는 반응인데, 이는 중간화합물이 비합치 용융할때 생깁니다. 중간화합물이 무엇인지, 비합치용융의 경우는 어떤 경우인지는 지난 포스팅에서 다루었습니다

https://new-material.tistory.com/104

상태도 분석 5) 중간화합물이란?

비합치 용융의 경우 그림으로 살펴보면,

다음과 같이 중간화합물이 빨간색 점에서 생기게 되는데, 이때 빨간색 점까지는 중간화합물이고, 온도를 더 높인 상역에서는 액상과 고상이 함께 존재하고 있습니다. 

중간화합물이 존재하는 선을 따라 온도를 높이게 되면, 빨간색 점에서 딱 고상이 액상과 다른하나의 고상으로 분해되는데, 이 반응을 포정반응이라고 하고, 이때 빨간색점을 포정점이라고 합니다. 이는 불변반응이고, 따라서 포정점 또한 불변점이 됩니다. 

포정반응이 일어나는 \(Cr_2O_3 - V_2O_5\)계를 보도록 하겠습니다.

[From C.G. Bergeron and S.H. Risbud, introduction to phase equilibria in Ceramics, The American Ceramic Society,1984]

이 계를 보게 되면, 중간상 \(Cr_2O_3V_2O_5\)를 기준으로 왼쪽에는 이 고상과 \(V_2O_5\)상, 오른쪽에는

\(Cr_2O_3\)상이 위치하고 왼쪽의 위에는 공정반응의 두 상역 L+\(V_2O_5\) , L+ \(Cr_2O_3V_2O_5\)가 존재하고 있습니다. 이때 X조성을 따라 가면 포정등온선 기준으로 \(Cr_2O_3\)가 완전히 사라지게 되고, Y조성의 경우 \(Cr_2O_3\)가 남아있게 됩니다. (용액과 반응하여도 반응할 용액이 모자라므로)

 

꼭 이러한 경우가 아닌, 부분 고용체가 나오는 경우에도  포정점에 모인다면 포정반응이 일어납니다.

 

이때 냉각속도가 빠르면 핵편석이 발생하게되는데, 

그림으로 살펴보면 다음과 같습니다.

그래프에서 오른쪽 부분 \(Cr_2O_3\) + L 부분이 포정반응이 일어나면 원래 중간화합물로 모두 변하지만

냉각속도가 빠르면 반응하지 못한 \(Cr_2O_3\)가 남는 것입니다.