입자 경계란 무엇입니까?
다결정 고체 재료에서 입자 경계는 재료를 구성하는 개별 입자 사이의 계면 또는 경계를 나타냅니다. 알갱이는 원자가 반복되는 패턴으로 정렬되고 배열된 물질의 영역입니다. 일반적으로 한 입자의 정렬된 결정 격자가 다른 입자의 정렬된 결정 격자와 완벽하게 정렬되지 않아 경계에서 구조의 불연속성이 발생하므로 입자 경계는 재료의 결함으로 이해될 수도 있습니다. 결정립계는 인접한 두 결정립 사이의 불일치 영역으로 볼 수 있습니다.
결정립계의 특성
결정립계는 기계적 강도, 전기 전도성, 열 전도성 및 내식성과 같은 재료 특성에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 입계의 특성은 기울기, 비틀림, 꼬인 각도, 불순물 또는 기타 결함의 존재와 같은 특성에 따라 달라집니다.
일반적으로 입자 경계는 재료 내에서 원자 또는 기타 결함의 이동에 대한 장벽으로 작용할 수 있습니다. 이는 입계 강화와 같은 효과로 이어질 수 있으며, 여기서 입계의 존재는 재료의 강도를 증가시킵니다. 입자 경계는 또한 확산, 분리 및 다양한 유형의 원자 재배열을 위한 사이트 역할을 할 수 있습니다.
입계 각도에 따른 분류
입계는 결정립 방향의 차이에 따라 구분할 수 있습니다. 15도 각도를 기준으로 HAGB(High Angle Grain Boundary)와 LAGB(Low Angle Grain Boundary)로 나눌 수 있습니다.
HAGB에서는 일반적으로 더 무질서한 원자 배열을 가지며 전위 및 기타 결함의 움직임에 대한 장벽으로 작용할 수 있으므로 재료의 기계적 특성에 중요합니다. 반면에 LAGB는 종종 변형 영역과 연관되며 하위 입자 경계라고도 합니다. LAGB의 존재는 재료의 기계적 특성을 감소시킬 수 있습니다.
입자 경계의 마이그레이션
결정립계 이동에서 HAGB의 이동은 재결정화 및 결정립 성장에 직접적인 영향을 미칩니다. 한편, LAGB의 이동은 회수 및 재결정 핵형성에 영향을 미칩니다. 입계의 움직임은 입계에 작용하는 압력에 의해 구동됩니다. 저각도 입계의 이동도는 입계 내 확산율에 의해 결정되며 각도의 영향도 받는다. 저각 입계의 경우 전위의 집합체로 구성되기 때문에 전위이동 이론의 영향을 받기도 한다. 입면 입계의 이동은 이웃한 입계의 원자 이동에 의해 결정됩니다. 따라서 결정립계의 구조, 결정립의 결정구조, 불순물 원자, 온도의 영향을 받는다. 마르텐사이트 형성의 무확산 변태와 같은 특정 조건에서도 발생할 수 있습니다. 입자 성장은 제너 피닝에 의한 2차 단계에 의해 억제될 수 있습니다. 제너 피닝 효과는 열처리 중 결정립계의 재결정화 또는 성장을 방지하는 데에도 사용됩니다.
요약하면, 입자 경계는 재료 내에 정렬된 결정 입자의 존재로 인해 발생하는 고체 상태 재료의 자연스러운 특징입니다. 그들은 재료의 특성에 상당한 영향을 미칠 수 있으며 입자 경계의 특정 특성과 재료의 적용에 따라 유익하거나 해로울 수 있습니다.
참조
(1) Brian S. Mitchell, 재료 공학 및 과학 입문