금속의 특성(결함, 응고)

1 금속원자의 특징
 1) 금속 원자의 최외각 전자(자유전자)
   - 금속 원자들은 자유 전자들의 작용으로 결합되어 있다.
   - 금속이 변형되거나 열과 전기가 잘 통하고 광택이 나는 것은 자유전자 때문.
  2) 금속 결정

   - 결정체의 종류
     a 체심 입방 격자(Body Centered Cubic lattice ; BCC)
     b 면심 입방 격자(Face Centered Cubic lattice ; FCC)
     c 조밀 육방 격자(Hexagonal Close Packed lattice ; HCP)
   - 최소 단위를 단위포 또는 단위격자라 함.
   - BCC보다 FCC가 원자들이 치밀하게 배열되어 있음
   - 탄소원자가 자유롭게 침입할 수 있는 공간을 가진 상태는 FCC 상태이며 이때 탄소의 침입이 발생한다.

2 금속의 결함
 1) 결함의 발생
   - 실제의 결정속에는 많은 결함들이 있고, 결함의 종류는 점결함, 선결함, 면결함이 있다.
 2) 결함의 종류
   ① 점결함의 종류 ; 결함 주위의 결정은 왜곡되어 있음
     - 공공
     - 침입형 원자
     - 치환형 원자
   ② 선결함
     - 칼날 전위
     - 나사 전위
     - 복합 전위
 3) 전위의 발생(disloacation)
   - 금속속에는 공공과 경계면이 존재하고 이 공공과 경계면에서 전위가 생긴다.
   - 전위선의 끝 부분이 표면에 나타나기도 하고, 전위환의 모양으로 나타나기도 한다.
   - 전위 주위에 응력이 존재한다.
   - 전위가 증가하면 응력이 증가하고 전위가 감소하면 응력도 감소한다.

 4) 결정립계
   - 결정립과 결정립 사이를 결정립계라고 함
   - 결정립계 사이에는 상당량의 각종 결함이 있다. -> 변형저항으로 작용

 

3 금속의 변형과 전위
 1) 변형의 정의
   - 일정한 결정 구조를 갖는 물질내에서 전단응력에 의해 원자의 배열이 어긋난 선형의 결함.(전위선)

     * 주변 원자에 격자 뒤틀림을 유발한다.

   - 하나의 전위에 의해 발생하는 변형량을 버거스 벡터(Burgers vector, b)라고 하며 그 크기는 보통 원자 하나 정도이다.

 2) 변형의 발생경향

   - 전위에 의해 조금씩 연속적으로 발생한다.

     * 원자 전체가 동시에 일어나는 현상이 아니므로 원자간 결합에너지와 변형에너지에는 차이가 있다.
   - 금속은 칼날전위, 나사전위, 혼합전위에 의해 소성변형된다.
   - 동일한 슬립면에서 반대 부호의 전위가 만나면 두개의 전위가 소멸하고 완전 결정으로 된다. 그러나 같은 부호의 전위가 접근하면 응력이 더욱 증가한다. 그러므로 동일한 슬립면에서 같은 부호의 전위가 접근하는 것은 반발하고 다른부호의 전위는0 원한다.
   - 전위가 상승 또는 하강하면서 전위선이 위아래로 이동한다.
   - 교차하는 두 슬립면에서 두 전위선이 만나면 조그를 만들면서 통과한다.
   - 세 방향으로 향하던 전위선이 만나면 움직이지 않는 고정점이 생긴다. 전위가 많이 집적된 곳에 전위망이 생긴다.
   - 금속은 전위가 증식되면서 소성변형된다. 즉, 전위로 변형이 일어나는 동시에 전위가 발생한다(후랭크 리드 원)