고체 내의 결함 (4) - 전위(선결함) / 칼날전위 / 나선전위 / 혼합전위

 

 

 

지금까지 점 결함을 알아보았다.

점 결함이 모여 이것이 선을 이룬 선결함이 있을때 이를 우리는 전위 (dislocation) 라고 부른다.

실제로 모든 결정 재료는 응고 및 소성 변형 도중 또는 급랭할때 생기는 열응력에 의해 생성된 전위가 있다. 전위는 금속 및 세라믹 재료의 소성변형과 관련이 있다.

전위(선결함)

위의 그림의 빈틈을 한 선이라고 생각하자 이러한 결함은 이동이 가능한데 위의 그림은 고체 내에서 

전위가 이동한 모습을 나타내었다.

고체 전체를 이동시키는 것보다 이러한 전위를 이동 시켜 결국 조금조금씩 고체를 이동시키는 것은 효율이 높다.

전위의 종류에는 칼날전위와 나선전위 2가지가 있다. 하나씩 알아보도록 하자.

 

1. 칼날 전위

3차원 단위에서 위에서 보았을때 선결함의 전위선은 하나의 점같이 보이는데 칼날전위에서 전위선을 표시할때 ㅗ를 넣어 전위선의 위치를

알려주게 된다.

이러한 방법으로 말이다. 

고체가 조밀하게 쌓여 있었다고 가정하자.

 

 

이것이 바로 칼날 전위를 표현한 그림인데, 그림을 보면 위의 두줄에 비해 밑의 두줄은 가운데 ㅗ 기호를 기준으로

한줄이 빠져있다. 이렇게 빠진 모습이 바로 칼날 전위이다.

이경우 ㅗ 기호부근을 기준해서 밑의 그림의 초록색의 원통형 모양으로(입체기준) 원자들의 배열이 바뀌므로 변형이 일어나게 되는데, 밑의 원자들은 원래의 형태를 회복하기 위해 모여 압축력을, 위의 원자들은 그에 의해 당겨지므로 인장력을 받게 된다. 이 변형의 크기는 전위선과 멀어질수록 작아진다.

그 반대로 밑부분이 잉여 반 평면이 생길 수 있는데 이경우 ㅜ 표시를 사용한다.

이때 전위가 일어나는 ㅗ를 투과하는 그 선을 전위선이라고 하고 격자 변형의 크기와 방향을 나타내는 버거스벡터를 표시하게 되는데 버거스 벡터는 전위선을 기준으로 상하좌우로 가보며 방향을 알 수 있다.

그림으로 살펴보자.

초록색 체크한 원자에서 시작하여 위로 3칸 좌로4칸 아래로3칸 우로 4칸을 가면 도착이라고 동그라미친친 원자에 도착할 것이다. 도착점->시작점을 이은 이것이 버거스 벡터이다.

 

이 칼날전위가 입체적으로 보았을때 

 

전위가 이동할 경우 이렇게 슬립하게 된다. 

위의 그림에서 보면 전위선의 이동방향과 버거스 벡터가 평행하고 전위선과 버거스벡터는 수직이다.

따라서 버거스벡터방향 (슬립방향)과 전위선은 수직하고 전위선의 이동방향과는 평행한다.

 

2. 나선 전위

 

나선 전위는 또다른 종류의 전위인데, 변형을 일으키기 위해 전단 응력을 가해줄 경우 생길 수 있다.

 

이러한 형태가 나선 전위인데, 이때의 버거스 벡터 방향을 구해보면 전위선과 평행하고 전위선의 이동방향과는

수직하게 된다. 나선전위의 경우 나선전위 선을 기준하여 동그라미 화살표를 사용한다. 나선전위에 수반되는 원자변형은

선형적이게 된다. 마찬가지로 슬립방향은 버거스벡터방향과 동일하다.

 

 

보통의 전위는 하나의 전위만이 존재하지 않고 위의 그림처럼 두가지 전위를 함께 보이는 양상을 가지는데

이를 혼합전위라고 한다. 혼합일 경우에도 버거스 벡터 방향은 두 전위에서 동일하다. 금속 재료일 경우 전위에서의 버거스 벡터의 방향은 원자가 조밀하게 배열된 방향이고, 그 크기는 원자간 거리와 같다.