전위론 - 부분전위/완전전위/전위분해

재료강도에 대해 생각을 해보면, 장애물이 증가하게 되면 전위의 이동을 방해하여 강도가 높아집니다.

기지 재료가 연성이 좋은 금속이라고 하면 장애물은 없을수록 연성은 좋을 것입니다.

따라서 전위를 조절할 수 있는 능력은 재료를 만드는데 굉장히 큰 도움이 됩니다.

 

이러한 전위에서 슬립을 생각해 보도록 하겠습니다.

FCC결정을 예시로 FCC의 원자최조밀면은 {111}입니다. 최조밀 방향은 <110>입니다. 슬립은

최조밀면에서 최조밀 방향으로 이루어지게 되므로, 이는 중요한 정보입니다.

이때 가장 짧은 격자벡터를 생각해보면,

{111}면을 그림으로 보도록 하겠습니다.

FCC의 {111} 면을 보면 위와 같습니다.

여기서 가장 짧은 격자 벡터는 (가장 이웃한 원자까지의) \(\frac{a_0}{2}\)<110>이 됩니다.

슬립의 방법중 가장 일반적인 glide의 벡터는 따라서 \(\frac{a_0}{2}\)<110> 가 됩니다.

 

이때 전위중 나선전위와 칼날전위에 대해 다시한번 생각해보면,

칼날전위는 버거스벡터와 전위선이 수직하므로 둘을 포함하는 슬립면이 하나로 고정되고,

나선전위는 평행하므로 면이 여러개일 수 있으므로 나선전위에서는 교차슬립이 가능합니다.

 

위의 FCC결정구조에서 완전 전위가 두개의 전위로 분해될 때를 생각해 보겠습니다.

FCC에서는 빈번히 일어나는 현상인데, 

이러한 것은 분해된 두개의 부분전위를 합치면 하나의 완전전위와 같을때 부분전위로 분해가 가능합니다.

즉 벡터합이 맞아야 분해가 됩니다.

또한 분해후의 에너지의 합이 완전 전위의 에너지보다 낮아야만 이러한 분해가 일어날 수 있습니다.

예를 들어서, FCC의 슬립의 벡터 \(\frac{a_0}{2}\)[101]->\(\frac{a_0}{6}\)[201]+\(\frac{a_0}{6}\)[102] 로 분해가 될 수 있는데, 에너지를 생각해 보면 전위 에너지는 버거스 벡터의 제곱에 비례하게 됩니다.

처음의 전위의 에너지는 \(\frac{a_0^2}{2}\) , 그리고 나뉘어진 두 전위의 에너지는

\(\frac{5a_0^2}{18}\)이므로

분해되기 전보다 에너지가 낮아지므로 분해가 가능 합니다.

 

cross slip이 일어나기 위해서는 이렇게 분해된 부분전위들이 다시 합쳐져야 하고 그 합쳐진 작은 부분으로만 교차슬립이 가능합니다.