기계설계자동화공학부
김성동 교수님
재료공학
[ 1강 ]
학습목표
원자의 집합체로서의 재료를 이해한다.
원자의 구조를 이해한다.
원자간 결합을 이해한다.
결정구조를 이해한다.
원자 구조
+ + +
양성자 중성자
원자핵
1s
2s 2p
3s3p
e
3de
e e e e e e
e e e e e
e e e e e e e
e e e e
e e
e e
원자결합
공유결합
F + F F F F F
원자결합
이온결합
Introduction to Materials Science for Engineers
Sixth ed. J. F. Shackelford, 2005 Pearson Education Inc.
원자결합
금속결합
Positive Ion
Valence electron charge cloud
Foundations of Materials Science and Engineering Fourth Ed. W. F. Smith & J. Hashemi, McGraw Hill
결정구조
Regular and repeating - 7 crystal systems Identical surrounding - 14 Bravais lattices
Introduction to Materials Science for Engineers
Sixth ed. J. F. Shackelford, 2005 Pearson Education Inc.
BCC (Body Centered Cubic)
Introduction to Materials Science for Engineers
Sixth ed. J. F. Shackelford, 2005 Pearson Education Inc.
원자수/단위격자
가운데 1개, 코너 8개
단위격자에 포함되는 원자부피: 가운데 100%, 코너 1/8
실제 단위격자 내 원자수 = 1 x 1 + 8 x 1/8 = 2 (atoms/unit cell)
원자충진률(atomic packing factor, APF)
원자가 차지하는 부피/전체 단위격자 부피
BCC (Body Centered Cubic)
Foundations of Materials Science and Engineering Fourth Ed. W. F. Smith & J. Hashemi, McGraw Hill
원자가 체대각선 방향으로 닿아있으므로
a R 3 4
원자부피/단위격자부피
= (원자1개부피 x 2개)/정육면체부피
3
3
2
3 ) ( 4
a R
= 0.68
단위격자 부피 중 68%를 원자가 차지하고 있음 (32%가 비어있음)
FCC (Face Centered Cubic)
Introduction to Materials Science for Engineers
Sixth ed. J. F. Shackelford, 2005 Pearson Education Inc.
원자수/단위격자
면 가운데 6개, 코너 8개
단위격자에 포함되는 원자부피: 면 가운데 1/2, 코너 1/8
실제 단위격자 내 원자수 = 6 x 1/2 + 8 x 1/8 = 4 (atoms/unit cell)
원자충진률(atomic packing factor, APF)
원자가 차지하는 부피/전체 단위격자 부피
FCC (Face Centered Cubic)
Foundations of Materials Science and Engineering Fourth Ed. W. F. Smith & J. Hashemi, McGraw Hill
원자가 면대각선 방향으로 닿아있으므로
원자부피/단위격자부피
= (원자1개부피 x 4개)/정육면체부피
= 0.72
단위격자 부피 중 72%를 원자가 차지하고 있음 (28%가 비어있음)
a R 2 4
3
3
4
3 ) ( 4
a R
BCC 68%에 비해 원자가 차지하는 비중이 큼
조밀충진구조 (close packed structure)
HCP (hexagonal close packed)
Introduction to Materials Science for Engineers
Sixth ed. J. F. Shackelford, 2005 Pearson Education Inc.
원자수/단위격자
가운데 1개, 코너 8개
단위격자에 포함되는 원자부피: 가운데 1, 코너 1/6, 1/12
실제 단위격자 내 원자수 = 1 x 1 + 4 x 1/6 + 4 x 1/12 = 2 (atoms/unit cell)
원자충진률(atomic packing factor, APF) = 0.72 FCC와 동일한 조밀충진구조
학습정리 학습정리
원자의 구조를 이해한다.
- 원자는 양성자와 중성자로 이루어진 원자핵을 중심으로 그 주변을 정해진 궤도를 돌고 있는 전자로 이루어진다.
원자간 결합을 이해한다.
- 최외각 껍질을 전자로 채우려는 성질 때문에 ① 전자를 주고받아 이온이 된 후 전기적 인력에 의해 결합하는 이온결합, ② 전자를 공유하는 공유 결합, ③ 자유전자가 돌아다니는 금속결합을 통해 원자가 결합한다
결정구조를 이해한다
- 원자가 규칙적으로 반복되어 쌓임으로써 재료를 구성한다.
- 대표적인 결정구조로는 BCC, FCC, HCP 구조가 있다.
- 각 결정구조의 원자위치를 이해하고 및 원자충진률을 계산할 수 있다.
원자의 집합체로서의 재료를 이해한다.
