Chapter 3 금속과 Ceramic의 구조
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(2) Chapter 3 금속과 Ceramic의 구조 3.4 금속의 결정 구조 • 원자 강구 Model(Atomic Hard-Sphere Model) . 결정 구조에 대한 여러가지 해석을 용이하도록 하기 위해 원자나 Ion을 흔히 모양이 변하지 않는 고체구(剛體球, Hard-Sphere)의 형태로 가정하여 해석하는데, 이를 원자 강체구 모형 (Atomic Hard-Sphere Model)이라고 한다. • 금속 재료의 원자 결합에 따른 특징과 그에 따른 결정 구조 . 금속 재료를 이루는 원자 결합은 금속결합(Metallic Bonding)이며, 따라서 방향성이 없음을 앞 장에서 살펴 보았음. . 이에 따라 금속은 최인접 원자의 개수나 위치에 관한 제약이 없다. . 이러한 이유로 금속의 결정은 한 원자 주위에 많은 인접원자가 존재하게 되고 따라서 원자의 밀도(원자 충전도, Atomic Packing Density )가 높다. . 금속 재료는 대체로 1) 면심입방, 2) 체심입방, 3) 조밀육방 등 3 종류의 결정 구조 중 하나를 가진다 1) 면심입방(FCC, Face-Centered Cubic) 정육면체 각 모서리와 6면의 중심(면심)에 원자가 위치하는 결정 구조 ☞ Figure 3.1. a). b). c). Figure 3.1 면심입방 결정 구조에 대한 a) 강구 단위정, b) 축소된 강구 단위정, c) 다수 원자들의 집합체 Materials Science & Engineering 2018 Spring - Dept. of SCEE, KDU. Copyright by DH Lee.
(3) Chapter 3 금속과 Ceramic의 구조 3.4 금속의 결정 구조 (계속) • 금속 재료의 원자 결합에 따른 특징과 그에 따른 결정 구조 (계속) 2) 체심입방(BCC, Body-Centered Cubic); 정육면체의 각 모서리와 육면체의 가운데(체심)에 원자가 위치하는 결정 구조 ☞ Figure 3.2. a). b) Figure 3.2 체심입방 결정 구조에 대한 a) 강구 단위정, b) 축소된 강구 단위정, c) 다수 원자들의 집합체. Materials Science & Engineering 2018 Spring - Dept. of SCEE, KDU. Copyright by DH Lee. c).
(4) Chapter 3 금속과 Ceramic의 구조 3.4 금속의 결정 구조 (계속) • 금속 재료의 원자 결합에 따른 특징과 그에 따른 결정 구조 (계속) 3) 조밀육방(HCP, Hexagonal Closed-Packed, 혹은 CPH라고도 부름) 입방(Cubic) 구조가 아닌 6각형 기둥 모양의 결정 구조로서. 상하 면에 각각 모두 7개의 원자가 자리잡고 있는데, 면의 가운데에 있는 1개 원자를 6개의 원자가 둘러싸고 이 7개의 원자가 조밀하게 맞닿아 있는 구조를 이루면서, 이러한 원자 배치를 가진 면이 상하로 위치한 가운데 상하 면의 사이에 있는 중간 면에는 3개의 원자가 삼각형을 이루고 맞닿아 있고 이 중간면에 있는 3 개의 원자들이 다시 상하 면의 원자들과 조밀하게 맞닿아 있는 결정 구조 * 세심한 기하학적 고찰을 통해 살펴 보면 조밀육방 구조는. 면심입방 구조와 궁극적으로 동일한 구조임을 알 수 있는데, Section 3.3에서 언급한 것처럼 같은 격자 구조를 가지고도 격자상수를 어떻게 취하느냐에 따라 단위정의 모양이 달라질 수 있다는 전형적인 예 ☞ Figure 3S.2. Materials Science & Engineering 2018 Spring - Dept. of SCEE, KDU. Figure 3.3 조밀육방 결정 구조에 대한 a) 축소된 강구 단위정, b) 다수 원자들의 집합체. Copyright by DH Lee.
(5) Chapter 3 금속과 Ceramic의 구조 3.4 금속의 결정 구조 (계속) • 배위수(Coordination Number)와 원자 충전율(充塡律, APF; Atomic Packing Factor) . 금속 재료는 금속결합의 특성에 따라 하나의 원자 주위에 인접한 원자가 많이 존재하므로, 이러한 특성을 산술적으로 나타내기 위한 표현 방법으로서 1) 배위수, 2) 원자 충전율 등의. 지표를 사용하여 결정 구조의 특성을 표현하게 된다 1) 배위수 각 원자가 인접하거나 맞닿아 있는 접촉 원자의 수. 2) 원자 충전율 단위 체적 내에 얼마나 원자 밀도가 높은지를 나타내기 위해 단위정에 속한 원자의 총 체적을 단위정의 체적으로 나눈 값. [원자 충전율(APF)] = [단위정 내의 원자의 총 체적] / [단위정의 체적]. (3.3). • 면심입방 구조의 배위수(Coordination Number)와 원자 충전율(充塡律, APF; Atomic Packing Factor). Figure 3.1 a) FCC의 강구 모형도. . 면심입방 구조의 충전율을 구하기 위해서는 결정 구조에서의 배위수를 알아야 할 뿐만 아니라 다시 한번 단위정에 대해 명확하게 개념을 이해해야 한다 Figure 3.1의 FCC의 다수 원자 집합체의 그림을 보고 입체적인 시각을 동원하면 FCC의 배위수가 12임을 알 수 있다 충전율을 계산하기 위해서 단위정에 속한 원자의 체적을 알아야 하는데, FCC의 배위수(원자수)는 12이지만 하나의 단위정에 속한 산술적 의미의 원자의 개수(유효 원자수)는 다르다는 것을 인지해야 하는데, Figure 3.1 a)를 보면 단위정은 정확하게 하나의 정육면체로 구획된 구간에만 해당되므로 FCC의 모서리에 있는 8개의 원자들은 그림에 표현된 것처럼 구획된 단위정에 한 원자당 1/8에 해당하는 부피만을 내어주고 있으며, 한편 6개 면에 위치한 원자들은 한 원자 당 1/2에 해당하는 부피만을 내어주고 있다는 것을 알 수 있으므로 FCC의 단위정에 속한 유효 원자의 개수는 아래와 같이 계산된다. [FCC 단위정에 속한 원자의 수, N] = Ni + Nf/2 + Nc/8. (3.2). = 0 + (1/2) x 6 + (1/8) x 8 = 4. Ni ; 내부 원자 수, Nf ; 면 원자 수, Nc ; 모서리 원자 수. Materials Science & Engineering 2018 Spring - Dept. of SCEE, KDU. Copyright by DH Lee.
(6) Chapter 3 금속과 Ceramic의 구조 3.4 금속의 결정 구조 (계속) • 면심입방(FCC, Face-Centered Cubic) 결정 구조에서 단위정의 길이 a와 원자의 반경 R의 관계 ☞ 예제 3.1 in p65 & 예제 3.2 in 66 . 어떤 구조에서든지 단위정의 길이와 원자 반경과의 관계를 알려면 가장 조밀하게 원자가 늘어선 방향, 즉 원자가 맞닿은 채로 늘어선 방향에 주목해야 한다 . 면심입방 구조에서는 정육면체 각 면의 대각선 방향이 가장 조밀한 방향, 단위정에서 한 면의 대각선의 길이를 반경 R을 이용하여 표현하면 4R (= R + 2R + R) ☞ Figure 3.1. FCC는 각 면의 대각선 방향이 가장 조밀한 방향, 단위정 한 면의 대각선의 길이를 반경 R로 표현하면 4R (= R + 2R + R) ☞ Figure 3.1 Pythagoras의 정리에 의해 아래의 식이 성립, 이로 부터 단위정 한 변의 길이 a 와 원자 반경 R 과의 관계식 (3.1)을 이끌어 낼 수 있다. a2 + a2 = (R+2R+R)2 = 16R2. a = 2√2R. (3.1). 또한 부피는 아래와 같다. Vc = a3 = (2√2R)3 =16√2R3. (3.6). 이제 앞선 결과들을 이용하면 아래와 같이 FCC의 원자 충전율을 계산할 수 있다. APFFCC = [단위정에 속한 원자의 체적] / [단위정의 체적] = Vs / Vc. Vs = (𝟒/𝟑)𝜋𝑹𝟑 x 4 =. 𝟏𝟔 𝜋𝑹𝟑 𝟑. Vc = 16 𝟐 R3. APFFCC = [단위정에 속한 원자의 체적] / [단위정의 체적] = Vs / Vc = (. 𝟏𝟔 𝜋𝑹𝟑 /16 𝟐 R3 ) = 0.74 𝟑. a. a Figure 3.1 FCC의 강구 모형도. Materials Science & Engineering 2018 Spring - Dept. of SCEE, KDU. Copyright by DH Lee.
(7) Chapter 3 금속과 Ceramic의 구조 3.4 금속의 결정 구조 (계속) Homework - 아래 밑줄 부분을 맞는 표현식으로 쓰고 BCC의 원자충전율을 계산하라 • 체심입방(BCC, Body-Centered Cubic) 결정 구조에서 단위정의 길이 a와 원자의 반지름 R의 관계 . 체심입방 구조에서는 정육면체의 대각선을 따라 원자가 가장 조밀하게 배열되어 있으므로 , 그 길이는 역시1)4R이다 2a),그리고 그 빗변 (√3a) 3) 을 단위정 (한변의 길이 a인 정육면체)의 대각선으로 삼는다 우측 직각삼각형은 단위정의 정육면체의 모서리 (길이 a), 단위정의 한 면의 대각선 (길이 √2) 3) 4R √3a = 4). a = 4R/3)√ 3 . 따라서, 체심입방 구조의 부피는 아래와 같이 계산된다. 3 Vc = a3 = (4R/4) √ 3)3 = 64R3/3√ 3 = 5) (64/3√ 3)R. . 체심입방 구조의 원자 충전율. 모서리에 있는 원자는 FCC의 경우와 마찬가지로 8개 단위정에 속해 있으므로 1/8의 원자 8개, 즉 (1/8) x 8 = 1개, 체심에 있는 원자는 온전히 해당 단위정에만 속해 있으므로 이를 합해 BCC 구조에는 모두 2개의 유효 원자가 있다. Figure 3.2 BCC의 강구 모형도. 따라서 BCC 내의 총 원자 부피는 아래와 같다. Vs = (4/3)pR3 x 2 = (8/3) pR3. G G. BCC의 원자 충전율은 다음과 같이 얻는다. a a. A. APFBCC = Vs / Vc = (8/3)pR3/(64/35) √ 3 )R3 = (√ 3)(p/ 6) 8) = 0.68. 2) √2a. a B. a. C. A. Figure 3S.3 BCC의 조밀 원자 배열 방향과 격자 상수. Materials Science & Engineering 2018 Spring - Dept. of SCEE, KDU. Copyright by DH Lee. C.
(8) Chapter 3 금속과 Ceramic의 구조 3.4 금속의 결정 구조 (계속) • 조밀육방(HCP, Hexagonal-Close- Packed) 결정 구조에서 단위정의 길이 a와 원자의 반경 R의 관계 및 단/장축비, c/a . 조밀육방 구조에서는 가장 기본적인 단위로서 Photo 3S.1과 같이 정사면체의 네 꼭지점을 원자 강구의 중심으로 삼는 4개의 원자를 중심으로 생각해 보면 그 구조와 관련된 기하학적 양들을 쉽게 이해할 수 있다. . 정사면체의 밑면을 이루는 정삼각형 △BCD( ☞ Figure 3S.4)를 그려 보면 이 정삼각형의 높이는 직각삼각형 △CHD에서 Pythagoras 정리를 이용하여 √3R 임을 쉽게 구할 수 있다 △BCD의 세 꼭지점에서 밑면에 내려 그은 수직선은 △BCD가 정삼각형이기 때문에 모두 한 점(G)에서 만나게 되며, 이 점은 정삼각형의 무게 중심이 된다 기하학적으로 이 무게 중심은 정삼각형의 한 꼭지점 D( ☞ Figure 3S.4의 가장 우측 그림)에서 밑면에 내려 그은 수직선 𝑫𝑯를 2:1로 분할한다 (△CHD와 △GH’D가 닮은꼴이므로 이 사실로부터 계산해 낼 수 있다) . 이제 조밀육방 구조의 장축 c를 계산하기 위해서 다시 직각삼각형 △AGD (혹은 △AGB, AGC)를 살펴보기로 한다 DG = 2√3R / 3이므로, 𝑨𝑮는 Pythagoras 정리를 이용하여 다음과 같이 계산된다. 2 2 2 2 2 2 𝐴𝐺 = 𝐴𝑫 – 𝑫𝐺 = 4R – (2√3R/3) = (8/3)R. 𝐴𝐺 = (2√2/√3)R = 1.633R Photo 3S.1 HCP 원자 구조의 기본 단위. . 그런데, 𝐴𝐺 는 Figure 3.3에서 보는 것처럼 장축 c의 절반에 해당하는 길이이므로,. A. D. c = 2 x (2√2/√3)R 이 되고, a = 2R 이므로 단/장축비 c/a는 아래와 같이 1.633이 된다. A. H’ B. H. C. G. C G. G. √ 3R/3. B. H’ C. 2√ 3R/3. H c/a = [2 x (2√2/√3) R ] / 2R = 1.633. R. D. D. Figure 3S.4 조밀육방 구조의 기본 원자 배열과 관련된 기하학적 형상. Materials Science & Engineering 2018 Spring - Dept. of SCEE, KDU. Copyright by DH Lee. H. B.
(9) Chapter 3 금속과 Ceramic의 구조 3.4 금속의 결정 구조 (계속) • 조밀육방 구조의 배위수, 원자수, 원자충전율 . 배위수는 12, FCC와 마찬가지로 충전율은 0.74, 단위정에 속한 유효 원자수는 6개 HCP 단위정에 속한 원자수는 입방구조와는 달리 (모서리에 있는 원자는 6개의 단위정에 둘러싸여 있음). 아래의 식으로 표시된다. D. [FCC 단위정에 속한 원자의 수, N] = Ni + Nf/2 + Nc/6. (3.5). H’. 충전율을 계산하기 위해서 HCP 단위정의 부피를 알아야 하는데, 단위정의 밑면은 앞의 △BCD와 같은. √ 3R/3. G. 삼각형의 6배의 면적이며, 높이( =2c )는 c/a = 1.63, a = 2R이므로 ( ☞ Figure 3.3) 부피 Vc는 아래와 같다 C. 2c = 2 x 1.63a = 3.26a = 3.26(2R) = 6.52R. 2√ 3R/3. N = 3 + (1/2) x 2 + (1/6) x 12 = 3 + 1+ 2 = 6. R H. B. Figure 3S.4 조밀육방 구조의 기본 원자 배열과 관련된 기하학적 형상 Vc = (1/2)∙2R ∙ √3R ∙ 6 ∙ 6.52R= √3 ∙ 6 ∙ 6.52R3 APFHCP = Vs /Vc =. (4/3)pR3 ∙ 6 (4/3)p = = 0.74 (1/2)∙2R ∙ √3R ∙ 6 ∙ 6.52R (1/2)√3 ∙ 6.52. . 위 계산을 통하여 HCP 구조의 배위수, 충전율은 FCC의 경우와 같다는 것을 알 수 있으며, 이는 동일한 결정 구조를 단위정을 엮는 방법에 따라 편의 상 FCC와 HCP로 구별한 결과 HCP 결정구조의 단위정에 속한 유효 원자의 수는 6개로 4개인 FCC의 경우보다 많지만, 단위정의 부피도 비례하여 커지기 때문에 결과적으로 충전율은 같아지게 된다. Materials Science & Engineering 2018 Spring - Dept. of SCEE, KDU. Copyright by DH Lee.
(10) Chapter 3 금속과 Ceramic의 구조 3.4 금속의 결정 구조 (계속) • 단순입방(SC, Simple Cubic)결정 구조 . 가장 간단한 입방형 결정 구조로서 금속에서는 아주 드물게 발견되는 결정 구조이다 ☞ Figure 3S.5 정육면체 단위정의 모서리에만 원자가 존재하는 결정 구조이므로 정육면체의 변의 길이 방향이 가장 조밀한 원자 배열 방향 ☞ Figure 3S.5, 3S.6. . 단순입방(SC, Simple-Cubic) 결정 구조는 실제로는 자연계에 거의 존재하지 않는 구조이나 정육면체로 이루어지는 결정 구조 중에서 생각해 볼 수 있는 가장 간단한 형태의 구조. . 존재하는 (인공적) 금속으로 드물게 SC 구조를 가지는 금속의 예로는 Polonium(Po)이 있는데, VI 주기에 속하는 원자 번호 84인 은색 고체로서 36°C이하에서만 SC 구조로 존재(a-Po)하고, 그 이상의 고온에서는 구조가 달라져 b -Po (삼방정계 결정 구조 ☞ Table 3.6 in p84). Figure 3S.5 단순입방 결정 구조의 강구 모형도. 으로 상변태(Phase Transformation)를 하게 된다. • 단위정의 길이 a와 원자의 반지름 R의 관계, 배위수와 충전율. a = 2R. . 단순입방 구조의 배위수는 6개이고, 단위정에 속한 유효 원자의 수는 1개이다 ∵ (1/8) x 8 = 1. . 단순입방 구조에서는 정육면체 모서리 방향을 따라서 원자 배열 밀도가 가장 조밀하고 그 길이는 원자의 직경이 되므로, a = 2R ( ☞ Figure 3S.6)의 관계가 성립 따라서 단순입방 구조의 체적은 아래와 같다. Vc = a3 = (2R)3 = 8R3. Figure 3S.6 단순입방 결정 구조에서의 원자의 조밀 배열 방향. 원자 충전율은 다음과 같이 계산된다. Table 3S.1 결정 구조의 특성 – 배위수, 단위정 내 원자수, 충전율. Vs/Vc = (4/3)pR3/ 8R3 = p/6 = 0.52. • 오른쪽 표( ☞ Table 3S.1)에 지금까지 살펴 본 각 결정 구조에서 밝혀진 배위수, 단위정 내 유효 원자수, 충전율을 정리한다. Materials Science & Engineering 2018 Spring - Dept. of SCEE, KDU. Copyright by DH Lee. 구조. 배위수. 단위정 내 유효 원자수. 원자 충전율(APF). 단순입방(SC). 6. 1. 0.52. 체심입방(BCC). 8. 2. 0.68. 면심입방(FCC). 12. 4. 0.74. 조밀육방(HCP). 12. 6. 0.74.
(11) Chapter 3 금속과 Ceramic의 구조 3.4 밀도 계산 - 금속 • 금속 고체의 결정구조에 관한 정보로부터 이론 밀도를 구할 수 있다 3 . 물리학적으로 밀도(r)*1는 물질의 질량(M)을 부피(V)로 나눈 것으로 따라서 그 단위는 g/cm 이 되며, 밀도의 일반식은 아래와 같이 나타낼 수 있다 *1. r ; ‘rho’라고 읽는다. r = M / V (g/cm ) 3. . 결정구조의 단위정을 기준으로 하여 밀도를 생각해 보면, 단위정의 질량 MC는 단위정 속에 있는 원자 수(n)에 원자 1개 질량을 곱하면 얻을 수 있으므로, 단위정 부피를 VC라 하면 단위정의 밀도는 rC = MC / VC 로 쓸 수 있으며, 이론적으로 이 값은 r 와 동일한 값이 되어야 한다 만일 어떤 물질의 원자량에 대한 정보가 있다면, 원자량은 Section 2.2에서 설명한 바와 같이 해당 물질의 1 mol 당 질량(원자수, 즉 Avogadro’s Number NA = 6.022 x 1023)이므로 원자 1개의 질량은 A/NA로 계산된다. Chapter 2. 원자구조와 원자 간 결합. 2.2 기본 개념 ( ☞ p22) • 원자량과 화합물의 분자량 ∙ 단위 원자 당 amu, 또는 재료 1 mole 당 질량으로 규정. 따라서,. ∙ Avogadro의 법칙(Avogadro’s Law). r = rC = MC / VC = n (A/NA)/ VC = nA/NAVC. (3.8). 23 어떤 물질 1 mole에는 6.022 x 10 개 원자나 분자가 존재,. 1 amu/atom (or molecule) = 1 g/mol e.g. 철(Fe)의 원자량 55.85 amu/atom, 혹은 55.85 g/mol. 예제 3.4 Copper(Cu)에 대한 이론 밀도 계산. 구리(Cu)의 원자량 63.55 amu/atom, 혹은 63.55 g/mol. Copper(구리, Cu)는 FCC 결정구조, 원자 반경 0.128 nm, 원자량 63.5 g/mol Eq. 3.8을 이용하여 예제와 같이 계산한다 3 단위정의 부피 VC는 Eq. (3.6, 예제 3.1 in p65)에서 구한 것 처럼 16 𝟐 R 로 놓고 풀면 된다. 3 계산의 결과로 얻는 값은 구리의 밀도 ( ☞ C11000 Electrolytic Tough Pitch Copper, Table B.1, Appendix B1 in p994) 8.89 g/cm 와 잘 일치. Materials Science & Engineering 2018 Spring - Dept. of SCEE, KDU. Copyright by DH Lee.
(12) Chapter 3 금속과 Ceramic의 구조 3.6 Ceramic 결정구조 • 요업재료의 결정구조 . 대부분 최소한 2원소 이상의 화합물, 결정구조가 상대적으로 금속재료보다 복잡하다 . 결합도 순수한 Ion결합에서부터 완전 공유결합까지 다양하게 분포, 많은 재료들이 두 종류 결합의 혼재 양상을 나타낸다 ( ☞ Eq. 2.16, Figure 2.9 전기음성도 등에 의해 결정) Table 3.2 (in p69)에 여러가지 요업재료의 Ion결합 특성 백분율이 열거되어 있다 . Ion결합이 지배적인 요업재료들은 따라서 원자가 아닌 전기적으로 전하를 가진 양/음Ion(Cation/Anion)들로 구성되어 있다고 해석. . 요업재료의 결정 구조를 결정하는 2가지 요소 - 1) 전하의 균형, 2) 양Ion과 음Ion의 상대적 크기 1) 전하 균형(Charge Balance between Cation & Anion) 재료 내의 양전하와 음전하의 양이 동일하여 재료 전체로는 전기적 중성(Charge Neutrality)을 유지한다 e.g. NaCl (= Na+ - Cl-, [No. of Sodium Ions] : [No. of Chlorine Ions] = 1:1), CaF2 (Fluorite, = Ca2+ - 2Fl-, [No. of Calcium Ions] : [No. of Fluorine Ions] = 1:2) 위의 예들처럼 양음 간 전하의 균형을 유지하기 위해 물질을 구성하는 Cation과 Anion의 상대적 비율이 맞아야 하는데, 이를 화학양론(化學量論, Stoichiometry)이라고 한다. _. 2) Ion의 상대적 크기. +. - 대체로 금속원자들은 상대적으로 주기율표의 오른쪽에 위치하고, 전자를 다른 원자에 내어주고 양전하를 띠게 되므로. 금속의 양Ion(Ion 반경 rC)은 비금속의 음Ion(Ion 반경 rA)보다 대체로 작다 rC<rA → Cation-Anion Radius Ratio(CARR), rC/rA < 1. Figure 3.5 안정 및 불안정 음-양Ion 배위 배치들. - 양Ion이든 음Ion이든 주위에 많은 인접 Ion을 두려고 하는데 양Ion을 포위한 음Ion들이 양Ion과 맞닿아 있을 때 안정된 구조를 가지게 된다 (전기적 힘의 관계, 물리적 안정성 측면) ☞ Figure 3.5 in p70. A. - CARR(rC/rA)에 의해 Ion들의 기하학적인 배치 관계가 설정되고 양Ion과 인접한 원자의 수(배위수)가 결정 ☞ Table 3.3 in p70 CARR↑(i.e. 양Ion 의 반경 rC가 증가할수록) 배위수 ↑(기하학적으로 이해 ☞ Figure 3S.7) 반대로 양Ion의 크기가 음Ion과 비슷한 경우에 대해서는 앞서 강구 모형으로 FCC, HCP 결정 구조의 배위수(12)를 고찰하던 것과 마찬가지 상황을 그려볼 수 있다 ( ☞ 예제 3.5를 반드시 풀어 볼 것). - Ceramic의 가장 흔한 배위수는 4, 6, 8. Materials Science & Engineering 2018 Spring - Dept. of SCEE, KDU. Copyright by DH Lee. D. C 맞닿을 수 없음. B Figure 3S.7 양, 음Ion 크기 차이에 따른 인접 원자의 배치 (이미 가운데 있는 양Ion과 맞닿은 A, B Ion으로 인해 C, D 두 Ion이 인접하더라도 가운데 Ion과 맞닿을 수 없음).
(13) Chapter 3 금속과 Ceramic의 구조 3.6 Ceramic 결정구조 (계속) • AX형 결정구조 . 결정 내의 양(A), 음Ion(B)의 수가 같은 구조 1) 암염구조(Rock Salt) 양(A), 음Ion(B)의 배위수가 공히 6, FCC 구조를 가진다 (A, B가 서로 엇갈려 두 종류의 Ion이 교대로 배치된 구조) ☞ Figure 3.6 in p74. e.g. Na+와 Cl- (또는 MgO, MnS, LiF, FeO)이 각각 FCC 구조를 가지며 x, y, z 어느 방향으로 보더라도 두 종류 Ion이 교대로 배치. 2) CsCl 구조 양, 음 Ion 모두 배위수가 8, SC 구조를 가진다 ☞ Figure 3.7 in p74 BCC가 아님에 주의 (Cs, Cl 은 각각 SC 결정구조를 가지고 있지만 CsCl 자체의 구조를 SC이라고 부를 수 없다). 3) ZnS(Zinc Blende) 구조 ☞ 다음 Slide. Figure 3.6 암염 또는 염화Natrium(NaCl) 결정구조의 단위정. Figure 3.7 염화Cesium(CsCl) 결정구조의 단위정. Materials Science & Engineering 2018 Spring - Dept. of SCEE, KDU. Copyright by DH Lee.
(14) Chapter 3 금속과 Ceramic의 구조 3.6 Ceramic 결정구조 (계속) • AX형 결정구조 (계속) x. . 결정 내의 양(A), 음Ion(B)의 수가 같은 구조. y. 1) 암염구조(Rock Salt). z. 2) CsCl 구조. 𝟏 𝒂 𝟒. 3) ZnS(Zinc Blende) 구조 𝟏 𝒂 𝟒. - 자연계에 존재하는 ZnS의 광물학 명칭 “Zinc Blende”(섬아연광, 이하 ZB로 약함)를 따라 붙여진 구조의 이름. 𝟏 𝒂 𝟒. 아래 Table 3S.2에서 보는 것처럼 많은 재료가 이 구조를 가진다. - ZB 구조는 기본적으로 FCC Unit Cell을 근간으로 하고 있는데, ZB 구조 내에서 아연(Zinc)와 황(Sulfur)을 개별적으로 놓고 보면 각각 하나의 서로 다른 FCC Unit Cell을 이루고 있으나, 황(Sulfur) 원자로 이루어진 FCC 단위정에 아연(Zinc) 원자가 이루고 있는 또 다른 FCC 단위정을 x, y, z 방향으로 각각 격자 상수(a)의 1/4 만큼씩 직선 이동(Linear Translation) 시킨 상태로 끼워 넣은 구조. - 각각의 Zn 원자는 4개의 Sn 원자에 결합(배위수 4)되어 있으며 역도 마찬가지, 따라서 단위정 내에는 각각 4개의 Zn 원자와 S 원자가 존재한다 ☞ Figure 3S.8에서 확인!. Lattice Constant, a. - 이 구조는 공유결합성이 강하며, GaAs, ZnTe, SiC 등이 이러한 구조를 가지고 있다 Figure 3.8 섬아연석(ZnS)결정구조의 단위정 - 아래 Table 3S. 2에서 보는 것처럼 GaAs와 같이 주로 III-V 계열의 화합물들이 이러한 구조를 가지고 있으며, 이 구조에서 A(. ), B(. ) 서로 다른 두 원자의 자리를 구별하지 않고 동일한 원자가 배열되어 있는 경우. 이러한 구조를 Diamond 구조, 혹은 Diamond Cubic 구조라고 부르는데, 자연계에서는 Silicon(Si), Carbon(탄소, C), Germanium(Ge), Tin(주석, Sn)*1 등이 이러한 구조를 가진다 ☞ 다음 두 Slide 참조 *1. Materials Science & Engineering 2018 Spring - Dept. of SCEE, KDU. 단, 13.2℃ 이하에서만 이 형태로 존재하며 이를 Grey Tin, 혹은 a-Tin이라고 부름. Copyright by DH Lee. Table 3S.2 ZB 구조와 물질 화학양론. ZnS (Zn:S = 1:1). 화학명. 황화아연(Zinc Sulfide). 광물명. 섬아연광(Zinc Blende, Sphalerite). 다른 화합물의 예. GaAs, ZnS, ZnTe, SiC 등 III-V 화합물에서 많이 볼 수 있음.
(15) Chapter 3 금속과 Ceramic의 구조 3.6 Ceramic 결정구조 (계속) • AX형 결정구조 - 3) ZB 구조 (계속). x y. 𝟏 𝟒. z 𝟏 𝟒𝒂. a 𝟏 𝟒. 𝟏 𝟏 𝟒𝒂 𝟒𝒂. y. 𝟏 𝟒. x. x 𝟏 𝟒. a. x-y 평면. a. z. a. x-z 평면. a) 황(Sulfur)으로 이루어진 FCC 단위정. Lattice Constant, a → → → c) (a/4)(x + y + z ) 만큼 직선 이동된 또 다른 FCC 단위정과의 겹침. 남아있는 아연(Zn) 원자들 d) x, y, z 방향으로 각각 격자상수의 1/4 만큼씩 직선 이동한 후 황(Sulfur)으로 이루어진 FCC 단위정 내에 남아있는 아연(Zn) 원자들. b) 아연(Zinc)으로 이루어진 FCC 단위정 Figure 3S.8 서로 다른 아연과 황의 FCC 단위정으로 이루어진 Zinc Blende 결정구조 Materials Science & Engineering 2018 Spring - Dept. of SCEE, KDU. Copyright by DH Lee.
(16) Chapter 3 금속과 Ceramic의 구조 3.6 Ceramic 결정구조 (계속) • AX형 결정구조 - 3) ZB 구조 (계속). y. y. z. z x. x x y z. c) ¼(→ x +→ y +→ z) 만큼 직선 이동된 또 다른 FCC 단위정과의 겹침 Figure 3S.8 서로 다른 아연과 황의 FCC 단위정으로 이루어진 ZB 결정구조. Materials Science & Engineering 2018 Spring - Dept. of SCEE, KDU. Copyright by DH Lee. Figure 3S.9 이동 전 FCC 단위정과 이동 후 FCC 단위정을 묶어 구성한 Diamond Cubic 결정구조.
(17) Chapter 3 금속과 Ceramic의 구조 3.6 Ceramic 결정구조 (계속) • AmXp형 결정구조 . 양/음Ion의 전하가 서로 다른 경우 e.g. CaF2(형석 = 螢石, Calcium Fluoride), UO2, ThO2, etc. . CaF2의 구성 Ion들과 결정구조 2 2 6 2 6 2 2+ - Calcium(20Ca)은 최외각 가전자 2개 보유 (전자 배치 1s 2s 2p 3s 3p 4s ☞ Table 2.2 in p31), 이를 모두 잃으면 양전하(Ca ), Fluorine(9F)은 VII 족 원소로서 F (음전하, Fluorine은 전기음성도가 가장 큰 원소)를 띤다. 따라서, 전하 균형을 통하여 전기적 중성을 유지하려면 CaF2 (m=1, p=2)의 화학양론을 지켜야 한다 - CARR = 0.8, Table 3.3 (in p70)에 의하면 배위수는 8, 결정구조 ☞ Figure 3.9 in p74 Ca와 F의 원자 수의 비 1:2를 맞추기 위해 CsCl과 유사하지만 이 구조에서 입방정 하나 건너마다 1개씩 Ca2+ Ion이 위치. • AmBnXp형 결정구조 . 두 종류 이상의 양Ion이 존재. e.g. BaTiO3(Titanium산 Barium, Barium Titanite), CaTiO3, SrZrO3, SrSnO3, PbZrO3, PbTiO3, etc. Figure 3.9 형석(CaF2) 결정구조의 단위정. . BaTiO3의 구성 Ion들과 결정구조 Ba 와 Ti 두 종류의 양Ion과 산소Ion O (음전하)으로 구성, 전기적 중성 [(+2) + (+4) + (-2) x 3 = 0] 2+. 4+. 2-. . BT의 구조를 특별히 Perovskite( ☞ Figure 3.10 in p74)라고 부르는데, 특이한 전기적 특성(강유전성, 압전성)을 지닌다 ☞ Figure 12.24 & in p628-630. 3.7 밀도 계산 - Ceramic 재료 ☞ Exclusion. Figure 3.10 Perovskite(BaTiO3) 결정구조의 단위정. Materials Science & Engineering 2018 Spring - Dept. of SCEE, KDU. Copyright by DH Lee.
(18) Chapter 3 금속과 Ceramic의 구조 3.8 규산염 Ceramic • 염(鹽, Salt)과 염기(鹽基, Base) . 아래와 같이 산(酸, Acid)과 염기가 반응하면 물(H2O)을 생성하고 남은 물질로서 금속 Ion과 전기음성도가 강한 원소 간 결합물을 염이라 한다. [산] + [염기] -> [염] + H2O. e.g. 아래의 화학반응을 거쳐 오른 쪽에 나타나는 반응 생성물 중 NaCl이 일상생활에서 염이라 부르는 소금이며, 화학에서 ‘염’이라 칭하는 넓은 범위의 물질 중 하나이다. HCl + NaOH -> NaCl + H2O 4Figure 3.11 Si-O(SiO4 ) 사면체. • 규산염(Silicate) . 염은 자연계에 흔히 광물(Mineral) 형태로 존재하는데, 그 전형적인 예인 규산염은 지구 상에 가장 많이 존재하는 산소(O)와 규소(Si)의 화합물인 Si-O(SixOy)의 다양한 사슬이 Ion 상태의 금속과 결합하여 MmSixOy의 형태로 존재,. m, x, y는 요업 재료에서 요구되는 전기적 중성 유지의 원칙 ( ☞ Section 3.6 p69 in TB)에 따라 다양한 값을 가진다. Table 3S.3 지구 상에 존재하는 가장 흔한 5대 원소 Element. O. Si. Al. Fe. Ca. Content (wt. %)*. 45.5. 27.2. 8.23. 5.63. 4.15. . 규산염을 알아보기 위해서는 단위 격자 결정구조보다 Si-O 사면체의 여러가지 배열을 사용하는 것이 용이. *. Weight Percent (조성 중의 무게로 비교된 백분율). (SiO4 , -4가의 음전하로 대전된 독립적 단위로 간주 ☞ Figure 3.11 in p77) 4-. 44기본 단위인 SiO4 에 속해 있는 4개의 산소 원자 중 몇 개 (1~4)가 인접한 SiO4 와 결합에 참여하느냐에 따라 Figure 3.13 (p79)에 있는 것처럼 다양한 형태로 구성. e.g. SiO2, SiO44-, Si2O52- Si2O76-, Si3O96-, Si6O1812-, (SiO3)n2n- 등과 같이 SiO44-를 기본 단위로 사슬(Chain) 구조로 엮어진 다양한 형태로 존재. 4x-2y . 기본 단위가 되는 SixOy 화합물이 결합 대상 금속에 따라 1, 2, 3차원적으로 다양한 조합으로 존재하여 여러가지 규산염 구조를 나타내는데 그 중 가장 안정된 (전기적으로 중성). 결합물이 SiO2(규석, 硅石, Silica). 4. 이렇게 구성된 SiO4 의 사슬(Chain)이나 망(Network)에 여분의 음전하가 양전하를 가진 여러가지 금속 Ion과 결합하여 다양한 광물의 규산염을 형성. e.g. Forsterite, Akermanite, Kaolinite(고령석), Talc(활석), Muscovite(운모, Mica) 등. Materials Science & Engineering 2018 Spring - Dept. of SCEE, KDU. Copyright by DH Lee.
(19) Chapter 3 금속과 Ceramic의 구조 3.8 규산염 Ceramic (계속) • 규산염 (계속) . 사슬의 경우 2차원 구조를 가진 단순 규산염(Simple Silicate)으로 존재하게 되며, 3차원 망의 경우 적층 규산염 기본 단위 (SiO4). (Layered Silicate) 등으로 존재 ☞ Figure 3.14, 15 in p80. 4-. 4. Figure 3S.10은 적층된 형태로 존재하는 SiO4 의 3차원 구조를 그린 Figure 3.13과 마찬가지 표현으로서,. 반복되는 구조를 기본 단위 SixOy 화합물의 x, y 비를 어떻게 잡느냐에 따라 다르게 볼 수 있다. . 규산염 Ceramic(Silicate Ceramic)이라 함은 아래와 같이 SixOy의 결합물들과 Ion 상태로 존재하는 금속 원소 간 화합물로서 아래와 같이 간단히 요약해 볼 수 있다. 또 다른 기본 단위 2(Si2O5). 46612[SiO2, SiO4 , Si2O7 , Si3O9 , Si6O18 , …] + [Ca, Mg, Al, K, Fe, …] -> [광물(Minerals)로 존재하는 규산염]. [SixOy. ]. 4x-2y. [Metallic Ion]. [규산염 Ceramic]. . 이러한 적층 구조에 Al, Mg, K 등의 금속 Ion과 결합하여 층상 구조를 형성하는 다양한 규산염이 형성. 2Figure 3S.10 (Si2O5) 3차원 형상. e.g. Forsterite(Olivine, 감람석): Mg2SiO4 Fayalite(철감람석): Fe2SiO4 Akermanite(고토황장석): Ca2MgSi2O7 Kaolinite(고령석): Al2(Si2O5)(OH)4 Talc(활석): Mg3(Si2O5)2(OH)2 Muscovite(운모, Mica): KAl3Si3O10(OH)2. Photo 3S.2 Forsterite(감람석). Materials Science & Engineering 2018 Spring - Dept. of SCEE, KDU. Copyright by DH Lee. Photo 3S.3 Fayalite(철감람석).
(20) Chapter 3 금속과 Ceramic의 구조 3.9 탄소 • 탄소의 중요성 . 풍부하게 존재하는 원소는 아니나 일상생활에서 다양한 형태로 중요성을 가지고 있는 원소 . 인체나 동식물의 기관에 중요한 구성 요소로서 이러한 이유로 탄소의 화합물을 유기화합물 (有機化合物, Organic Compound)이라고 부른다 . 자연계에는 고체의 단원자 상태로 존재하기도 하며, 기체 상태로 CO2, CO 등의 산화물 형태로 존재 고체 탄소는 선사시대 이후로부터 모든 문명에서 중요하게 활용되어 왔음은 물론 다양한 형태의 탄소의 독특한 물성 때문에 현대의 첨단기술 분야에서 대단히 중요한 위상을 차지. • 탄소의 동질이형(Polymorphism, Allotropes ☞ Section 2.6 1차 원자 결합 p41) . 비정질(Amorphous, Glassy, Noncrystalline) 상태를 가질 수도 있고, 결정질을 띠고 있는 경우에도 1) 금강석(Diamond), 2) 흑연(Graphite)의 두 가지 동질이형을 가진다 ☞ Section 13.11 (p686-688)에는 여러가지 형태의 구조를 가진 탄소의 또 다른 이형들 (Fullerene, Graphene, CNT, Bucky Ball, etc.)이 소개되어 있다. Figure 3.17 Diamond Cubic 결정구조의 단위정. 1) 금강석(Diamond) - 상온(= 25 ℃), 상압(= 1 atm)에서 준안정(Metastable) 상태에 있는 탄소의 동질이형 - 결정구조는 Section 3.6에서 다룬 바와 같이 ZB 구조의 격자점을 동일한 탄소 원자로 바꾼 Diamond Cubic 구조 ☞ Figure 3S.9 & Figure 3.14 in p80 3 - 각각의 탄소 원자는 다른 4개의 탄소 원자에 sp 혼성궤도 ☞ Figure 2.14 in p42에 의한 강한 공유결합을 하고 있다. - 이 구조를 가진 다른 물질의 예 e.g. 집적회로 제조에서 가장 많이 쓰이는 반도체인 Si, 또 다른 반도체 Ge, 13 ℃ 이하의 회주석(Gray Tin, a-Tin, ☞ p85). 2) 흑연(Graphite) - 상온, 상압에서 안정한 탄소의 이형체로서 탄소는 정6각형의 모서리에 위치하여 서로 맞물린 판상구조 ☞ Figure 2.14 in p42 - 판상구조의 평면 내에서 하나의 탄소 원자는 다른 3개의 인접한 탄소 원자들과 강한 공유결합 ☞ Figure 2.17 & 18 in p43 - 각 탄소 원자들에 있는 공유결합에 참여하지 않는 하나의 원자는 판상구조의 층간 결합궤도의 일부가 되어 층간에 약한 Figure 3.18 흑연의 구조. VDW 결합을 하게 된다 ☞ Figure 3.18 in p82. Materials Science & Engineering 2018 Spring - Dept. of SCEE, KDU. Copyright by DH Lee.
(21) Chapter 3 금속과 Ceramic의 구조 3.10 동질이상(Polymorphism)과 동질이형(Allotropy) • 동질이상(Polymorphism)과 동질이형(Allotropy) . 특정 금속, 비금속이 한 가지 이상의 결정구조를 가지는 현상, 단원소 고체에서 이런 현상이. Table 3.6 7개 결정계에 대한 격자상수들의 관계와 단위정들의 기하학적 구조. 나타날 때 동질이형 현상이라 하고 각각의 재료들을 동질이형(Allotropes)이라고 부른다. . 결정구조는 온도, 압력 등의 외부 조건에 따라 달라지게 된다 立方晶系(입방정계). e.g. 탄소의 동질이상 ☞ Section 3.9, 순철(Iron, Fe, BCC. 𝟗𝟏𝟐 ℃. FCC),. 주석(Sn, Gray(a) Tin, Diamond Cubic. 𝟏𝟑.𝟐 ℃. White(b ) Tin, BCC ☞ Read 중요재료 in p85) 六方晶系(육방정계). 3.11 결정계 • 결정계(Crystal Systems) . 여러가지 결정구조를 단위정의 배치와 원자 배열에 따라 종류 별로 분류한 것. 四方晶系(사방정계). . 단위정에서 단위정의 평행육면체의 모양(기하학적 모양)의 차이에 따라 구분 陵面體(능면체) 三方晶系(삼방정계). . 단위정의 기하학적 구조는 Figure 3.19 (in p83)에 그린 것처럼 평행육면체의 6가지 요소 (모서리의 길이 a, b, c 와. 正方晶系(정방정계). 축간각 a, b , g )에 의해 정의되는데, 이 6가지 요소를 격자상수(Lattice Constants)라고 한다. . 이 분류에 따라 7 종류의 결정계가 만들어지는데,. 單斜晶系(단사정계). Table 3.6 (in p84)에 정리되어 있다. . 앞서 살펴 본 BCC, FCC 구조들은 입방결정계, HCP는 육방정계에 속한다. Materials Science & Engineering 2018 Spring - Dept. of SCEE, KDU. Figure 3.19 x, y, z 좌표축과 격자축 길이 a, b, c , 축간각 a, b , g 을 나타낸 단위정. Copyright by DH Lee. 三斜晶系(삼사정계).
(22) Chapter 3 금속과 Ceramic의 구조 3.12 – 3.16 ☞ 해당 절들은 재료공학 전공자들이 필요로 하는 내용들이므로 본 학과목에서는 다루지 않는다. 3.17 단결정 기체. • 단결정(Single Crystal ☞ Section 3.1 & 2) . 결정질 고체에서 주기적, 반복적인 원자 배열이 공간적으로 그 연속성이 변하지 않고 계속되어 단 한가지의 배열로 이루어진 것을 단결정이라 한다 . 자연 상태로 발견되기도 하지만 필요에 따라 인공적으로 성장시킬 수 있다 e.g. 자연적 – ‘보석’이라 불리는 재료들은 천연적으로 형성된 단결정을 보기 좋게 가공한 것,. 인공적 - 집적회로 제조에서 기판(Substrate)으로 많이 쓰이는 Si의 단결정(Silicon Wafer) 액화(Liquefaction*1). 3.18 다결정 재료 • 다결정(Polycrystal). 고체. . 공간적으로 여러 개의 단결정이 방향을 달리하여 뭉쳐 있을 때 이를 다결정이라고 부르며,. *1. *3. 이 때 하나 하나의 단결정을 결정립(結晶粒, Grain)이라고 부른다. 액체. 응고(Solidification*2) *2. Melting Freezing 집적회로 제조공정에서 많이 응용되는 상변화 과정. Figure 3S.11 고/액/기체 상태 간 변화와 명칭. 자연적으로는 액체로부터 고체로 응고(Solidification ☞ Figure 3S.11)하는 과정의 초기 단계에서 동시다발적으로 결정구조에 따라 여러 위치에서 아주 좁은 범위에 걸쳐 자리잡은 원자 배열의 초기 생성물(핵, 核, Nucleus)이 무질서하게 처음 자리잡은 방향을 따라 시간이 경과함에 따라 점점 더 큰 고체 결정립을 형성하며 성장해 가게 된다 (결정립 성장, Grain Growth) 성장하다가 이웃한 결정립과 마주치게 되면 성장이 멈추게 되는데, 이 때 생기는 공간적 경계면을 결정립계(結晶粒界, 흔히 줄여서 입계, Grain Boundary)라고 한다 ☞ Figure 3.35 in p108, Photo 3S.4 & 5. Photo 3S.4 납의 결정을 보여주는 사진. Materials Science & Engineering 2018 Spring - Dept. of SCEE, KDU. Copyright by DH Lee. Photo 3S.5 황동(Brass)의 결정을 보여주는 광학현미경 (60x) 사진.
(23) Chapter 3 금속과 Ceramic의 구조 3.19 이방성 • 이방성*(異方性, Anisotropy ☞ Section 3.1 & 2) . 앞서 학습한 서로 다른 결정구조들의 물성이 다를 것이라는 것을 예측해 볼 수 있으며, 동일한 결정구조 내에서도. [010]. 원자 배열 방향에 따라 물성이 달라질 수 있다는 것도 예측할 수 있다 . 결정 내에서 공간적인 방향 차이에 따라 일부 물성이 달라지는데 이러한 물성의 방향 의존성을 이방성이라고 한다 [110]. (결정 내 원자나 Ion의 간격 변화에 따른 차이) . 이방성은 결정구조의 대칭성의 함수, 즉 결정구조의 대칭성이 감소할수록 이방성은 증가한다. [100]. e.g. 삼사정계(Triclinic System)는 대칭성이 약하므로 (a ≠ b ≠ c , a ≠ b ≠ g ) 높은 이방성을 가진다. z. e.g. 몇몇 금속들의 결정학적 방향에 따른 탄성계수의 값의 차이 ☞ Table 3.8 in p109 *. 이방성에 반하는 성질은 등방성(等方性, Isotropy) ☞ Figure 3.1 b). y x. e.g. Figure 3.1 b) FCC 구조에서 면 대각선 방향 [110]와 변의 방향 [100]에서 원자 배열의 밀도가 다르다 따라서, 두 방향의 물성의 이방성이 존재할 것임을 예상할 수 있다 ☞ Table 3.8 Aluminum in p109 [100], [010], [00𝟏] 방향은 Miller 지수는 다르게 표현되지만 실제로 각 방향을 따라 원자 밀도는 동일하고 [00𝟏]. 이에 따라 각 방향에 따른 물성의 차이는 없다, 즉 등방성을 가진다. Figure 3.1 면심입방 결정 구조에 대한 b) 축소된 강구 단위정 3.20 ☞해당 절은 본 학과목에서는 다루지 않는다. Materials Science & Engineering 2018 Spring - Dept. of SCEE, KDU. Copyright by DH Lee.
(24) Chapter 3 금속과 Ceramic의 구조 3.21 비결정 고체 ☞ Correct the Error in Textbook, 교재의 제목 오류 수정 • 비결정(Noncrystalline) 고체. a-, an-, ab- = 멀어짐을 뜻하는 Latin 어원의 접두사. . 긴 원자 거리에 걸쳐 체계적, 규칙적 원자의 배열(결정성, Crystallinity)이 부족한 경우로서 무정질(비정질, 유리질, Amorphous ← a+morph)이라고도 한다 또는, 과냉 액체(Supercooled Liquid)라고도 표현하는데, 고체 상태이지만 원자 배열이 액체 상태의 경우처럼 무질서하다는 의미 . 결정질 대 비정질 이산화규소(SiO2, Silica)는 Section 3.8 (in p78)에서 이미 살펴본 바와 같이 결정질로도 존재할 수 있지만, 생성 여건에 따라 비정질로도 존재할 수 있다 ☞ Figure 3.40 in p116 a)와 b) 두 경우 모두 SiO44- 사면체가 기본 단위이며 Si Ion이 3개의 산소 Ion과 결합하는 것은 같지만, 비결정질의 경우 훨씬 더 무질서하며 불규칙적 구조를 가진다. . 구성 성분이 같은 물질(Si, O)이라도 때로는 결정질로 때로는 비정질로 존재할 수 있는 것은 액체 상태에서 응고하는 동안 액상의 무질서한 원자구조가 고상의 정렬된 상태로 변화하기 쉬운 여건인지 아닌지에 의존한다 . 요업재료들은 일부가 결정질로 존재하며, 많은 재료들이 비정질로도 존재한다 고분자재료(Polymer)는 완전비정질, 또는 반결정질 대부분의 금속은 고체 상태에서 결정체를 형성 . 비정질 재료들은 원자나 분자의 구조가 복잡하고 결정화하기 어려운 특징을 지닌다 결정질 금속이라도 응고가 일어나는 동안 급속히 냉각하게 되면 결정화에 필요한 충분한 시간이 주어지지 않아 비정질의 고체가 형성되는데, 액체 상태에서 냉각시킬 때 결정화에 필요한 시간을 두고 천천히 냉각시키지 않고 인위적으로 급냉시키면 비정질의 고체가 형성된다. • Silica 유리 ☞ 해당 내용은 다루지 않는다. Materials Science & Engineering 2018 Spring - Dept. of SCEE, KDU. Figure 3.40 2차원 구조 체계 a) 결정 SiO2, b) 비결정 Si 산화물. Copyright by DH Lee.
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관련 문서
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※ 출처 = Athena Ballesteros(2015), Climate Home, Climate finance: 5 takeaways from a Paris climate
