모설 데이

육안으로 관측할 수 있는 것을 거시적이라고 하고 그보다 더 작아 볼수 없는 것을 미시적이라고 한다. 대부분의 재료에서 결정립들은 마이크로미터 단위이고 이는 굉장히 미시적인 영역이다. 따라서 이를 관측하려면 적당한 현미경을 이용하여야 한다. 광학/전자/주사탐침 현미경들이 현미경 관찰법에서 주로 사용된다. 이 장비들은 미세구조를 관측하는데 도움을 준다. 이러한 상을 사진으로 남겨 저장하기도 하는데 이것을 현미경사진이라고 한다. 그럼 현미경 이용 기술 부터 알아보자. 1. 광학 현미경 관찰법 광학 현미경 관찰법은 말 그대로 광학 현미경을 사용하는 것인데, 가시광선에 불투명한 재료의 경우 오직 표면만이 관찰되므로 광학 현미경은 반사모드로 사용한다. 우선 관찰을 하기 위해서는 시편의 표면을 매끄럽게 해주어야하는데..

지금까지 점결함과 선결함을 다뤘다. 이번에는 면 결함에 대해 알아보자. 계면 결함은 일반적으로 다른 결정 구조와 다른 결정 방향을 가진 재료의 두 부분을 분리하는 2차원 경계 이다. 계면 경계의 외부표면, 결정립계, 상 경계, 쌍정 경계의 4가지에 대해 알아보자. 1. 외부 표면 가장 명확한 경계 중의 하나로써 결정구조가 끝나는 부분이다. 표면 원자들은 완전하게 결합하지 못한 상태로 있기 때문에 불안정 하므로 내부에 있는 원자보다 높은 에너지 상태에 있다. 이러한 표면 원자의 결합 상태로 인해 표면 에너지가 생기는데, 이것은 단위 면적당 에너지의 단위로 표현된다. 이러한 표면 에너지를 줄이기 위해 재료는 가능하다면 표면적을 최소화 하려고 한다. 예를들어 액체의 경우 구의 형태를 띄게 된다. 2. 결정립계..

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. 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 칼날..

합금의 조성은 구성 원소로 표현할 수 있다. 두가지를 소개하자면, 중량백분율과 원자 백분율이 있다. 우선 합금이 2가지 원자로만 구성되 있다고 생각하고 이야기 해보자 1. 중량 백분율 중량 백분율을 식으로 나타내면 C1 = (m1/m1+m2)x100 이다. 이는 두 원자중 한 원자의 중량의 비를 나타낸 것이라고 할 수 있다. 그 비율에 100을 곱함으로써 사실상 1과 2의 질량을 더한 값이 100g일때 1번의 g은? 이라는 것이다. (C1+C2=100) 2. 원자 백분율 원자 백분율 또한 같은 맥락으로 C'1 = (n1/n1+n2)x100 이다. 이것은 두 원자중 한 원자의 몰수 비를 나타낸 것이라고 할 수 있다. 그 비율에 100을 곱함으로써 사실상 1과 2의 몰수를 더한 값이 100몰일때 1번의 몰수..

오직 한 종류의 원자만으로 구성된 순수한 금속이 존재하는 것은 가능하지 않다. 금속 내에는 불순물 또는 외부 원자들이 항상 포함되어 있다. 재료에 특정한 성질을 부여하기 위해 불순물을 일부러 넣기도 하며 이를 합금이라고 한다. 예를들어 은에 구리를 첨가하면 기계적인 강도를 크게 향상시킬 수 있다. 금속에 불순물 원자를 첨가할때 금속을 용매, 불순물을 용질이라고 하자. 물에 소금을 넣으면 소금이 용해되다가 어느 순간부터는 용해되지 않는다. 금속에서 용질원자를 모 재료에 첨가할때 기존 결정 구조를 유지하면 고용체가 형성된다. 용질원자를 고용한다고 표현하는 것이다. 전체적으로 고용체는 무질서하지만 균일하게 분포되어 있다. 불순물 점 결함은 고용체 내에서 발견되며 이것은 치환형과 침입형 두가지로 나뉜다. 이를 ..

금속과 마찬가지로 세라믹에서도 점 결함이 존재할 수 있다. 금속에서와 같이 이온 빈자리와 자체격자 간 이온이 존재할 수 있다. 하지만 빈자리의 경우 세라믹은 막 빠질 수가 없다. 이온결합된 화합물의 형태에서 중성을 유지해야 하기 때문이다. 이를 전기 중성도 조건을 만족한다 라고 표현한다. 따라서 양이온이 빠지면 음이온도 빠지는 등의 형태로 이를 만족시킨다. 자체 격자간 이온을 세라믹에서 '프렌켈 결함'이라고 한다. 음이온-양이온의 빈자리 쌍을 세라믹에서 '쇼트키 결함'이라고 한다. 이들을 그림으로 살펴보자. 1. 프렌켈 결함 음이온은 비교적 크기가 크므로 자체격자간 이온이 존재하는 경우가 거의 없다. 음이온이 작은 격자간 자리에 들어가기 위해서는 큰 변형이 주변 이온에 가해져야하기 때문이다. 따라서 양이..

앞서 살펴본 결정 구조는 완벽하다. 하지만 이러한 이상적인 고체는 사실 존재하지 않는다. 모든 고체들은 다양한 결함을 가지고 있다. 하지만 결함이라 하여 항상 좋지 않은 것은 아니다. 이러한 결함을 조절하여 원하는 재료의 특성을 얻을 수 있기 때문이다. 결정 결함은 크게 3가지가 있다 점결함, 선결함, 그리고 면결함이다. 금속에서의 점 결함에 대해 먼저 알아보자 금속에서 점 결함의 종류는 원자빈자리(공공)과 자체 격자 간 원자가 있다. 1. 원자 빈자리 가장 간단한 형태의 결함으로, 원래 원자가 있어야 할 자리에 원자가 없어져서 형성 모든 결정 고체는 원자 빈자리를 포함한다. 본질적으로는, 원자 빈자리가 있으면 결정의 엔트로피가 증가 우선 원자 빈자리의 평형 개수 Nv(보통 입방미터당)은 다음 식으로 구..

동질이상이 같은 조성에 다른 구조라면 동질이형은 단원소 고체에 여러가지 다른 구조를 의미한다. 탄소는 단원소 고체로의 동질이형이 존재한다. 이들은 금속,세라믹,폴리머중 어느 분류에도 속하지 않는다. 탄소는 많은 산업분야에서 굉장히 중요한 역할을 하고 있다. 그중 대표적으로는 다이아몬드, 흑연 등이 존재한다. 1. 다이아몬드 다이아몬드는 ZnS와 같은 형태를 띈다. Zincblende구조인 것이다. 하지만 모든 원소가 탄소인 형태이다. 각각의 탄소원자는 sp3혼성을 하여 다른 4개의 탄소에 결합하는데, 이 모양은 사면체이다. 다이아몬드는 알려진 가장 단단한 재료이다. 그리고 매우 높은 열 저항성이 있다. 이 결정구조는 다이아몬드 입방 이라고 부른다. 큰 단결정은 보석을 만들고 작은 경우 공업용으로 사용한다..