1 개요
轉位, dislocation, 어긋남
고체결정 내부에 존재하는 1차원결함(defect)의 일종으로 edge dislocation(칼날 전위), screw dislocation(나선 전위)등으로 세분화된다.
결정질 물질이 실제로 결함이 없이 완전하게 이루어져있다고 생각했을때, 재료가 변형되기 위해 이론적으로 계산한 함은 실제 소성변형이 일어나는 힘의 수백배에 달한다.
전위개념을 도입하면 이를 쉽게 설명할 수 있는데, 칼날 전위와 나선 전위가 미끄러지면서 변형을 전파하는 모델로 설명할 수 있다. 이 경우 필요한 힘의 이론적 계산값이 실제값에 근접한다.
2 상세
칼날전위(edge dislocation)의 슬립
전위의 성격은 버거스벡터(b)와 전위선벡터(dislocation line vector, d)에 의해 정의되며 이 둘이 수직이면 칼날전위, 평행할경우 나선전위이고 그 이외의 경우는 혼합전위 (mixed dislocation)으로 칼날전위와 나선전위의 선형결합으로 표현할 수 있다.
전위가 미끄러지는 것을 슬립(slip)이라고 하며, 상온상에서 재료 변형을 설명해주는 주요 메커니즘이다.
재료 안에서 전위는 매우 많이 존재하고, 서로 상호작용하기 때문에 전위밀도(dislocation density)는 재료의 변형과 강도에 큰 영향을 미친다.
두 dislocation이 서로 슬립하며 만나는 경우 계단처럼 생긴 킹크와 조그(kink/jog)를 형성한다. 킹크는 전위의 이동을 방해하지 않지만 조그는 전위를 이동하지 못하게 방해하는 역할을 하므로 조그가 증가할 경우 재료의 강도가 증가한다.
조그뿐 아니라 불순물(impurity) 등도 전위의 이동을 방해한다. 조그나 불순물은 전위의 이동을 방해하므로, 전위의 선을 휘게 만드는데, 이 경우 전위샘(dislocation source)이 만들어져서 계속해서 전위를 만들어내는 신기한 모습을 보인다.
위의 모습은 외부에서 힘을 가했을 때 impurity가 있는 재료에서 전위의 이동을 시뮬레이션 한 것으로, 가운데 전위샘이 있다.
dislocation은 밀도의 제곱근에 비례하는 강도증가를 보이는데, 이를 설명하는 것은 여러가지가 있다.
쌓임이론(Pile-Up theory)에서는 결정립계(Grain Boundary)를 넘어가지 못하고 dislocation이 쌓이는 모델로 이를 설명한다. 위는 Pile-Up theory 현상의 시뮬레이션
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