탈구

재료과학에서 전위(Dislocation) 또는 테일러 전위(Taylor's dislocation)는 원자 배열의 급격한 변화를 포함하는 결정 구조 내의 선형 결정학적 결함 또는 불규칙성을 말한다.전위의 이동은 원자들이 낮은 응력 수준에서 서로 미끄러지게 하고 활공 또는 미끄러짐으로 알려져 있습니다.결정 질서는 활공 전위의 양쪽에서 복원되지만 한쪽의 원자는 한 위치만큼 이동했다.결정 질서는 부분 탈구 상태에서도 완전히 복원되지 않습니다.전위는 재료의 미끄러짐 영역과 미끄러지지 않은 영역 사이의 경계를 정의하며, 그 결과 완전한 루프를 형성하거나 다른 전위 또는 결점을 교차하거나 ^[1][2]결정의 가장자리까지 확장해야 합니다.전위는 버거 벡터에 의해 정의되는 원자까지의 이동 거리와 방향에 의해 특징지어질 수 있다.재료의 소성 변형은 많은 전위의 생성과 이동에 의해 발생합니다.전위의 수와 배열은 재료의 많은 특성에 영향을 미친다.

전위의 두 가지 주요 유형은 이동 불능 전위와 이동 ^[3]불능 전위이다.계단-로드 탈구 및 로머-코트렐 접합부 등이 세실 전위의 예입니다.이동 전위의 두 가지 주요 유형은 모서리와 나사 전위입니다.

가장자리 전위는 결정의 중간에서 원자 평면의 종단에 의해 발생하는 것으로 시각화할 수 있다.이 경우 주변면은 직선상이 아니라 종단면의 가장자리를 중심으로 구부려 결정구조가 어느 한쪽으로도 완벽하게 정렬되도록 한다.이 현상은 종이 반쪽이 종이 더미에 삽입되는 것과 비슷하며, 종이 반쪽 끝에만 종이 더미의 결함이 나타납니다.

결점의 탄성장을 설명하는 이론은 1907년 비토 볼테라에 의해 처음 개발되었다.1934년, 에곤 오로완, 마이클 폴라니, G. I. 테일러는 당시 이론적인 예측에 비해 소성 변형을 일으키기 위해 관측된 낮은 응력이 전위 이론의 관점에서 설명될 수 있다고 제안했다.

역사

결점의 탄성장을 설명하는 이론은 1907년 ^[4]비토 볼테라에 의해 처음 개발되었다.원자 규모의 결함을 가리키는 '전위'라는 용어는 G. I.에 의해 만들어졌다. 1934년 ^[5]테일러.

1930년대 이전에 재료과학의 지속적인 도전 중 하나는 가소성을 미시적으로 설명하는 것이었습니다.인접한 원자면이 완벽한 결정에서 서로 미끄러지는 전단 응력을 계산하려는 단순한 시도는 전단 $계수{\displaystyle }$G {\$displaystyle$ G$\}$인 재료의 전단 강도 ${\displaystyle {\theta }_{}}$m {\$displaystyle \tau$ _${m}}$가 대략 다음과 같이 주어짐을 시사한다.

$(\displaystyle \displaystyle _{m}=syslogfrac {G}{2\pi}}).}$

금속의 전단 계수는 일반적으로 20,000 - 150,000 MPa 범위이며, 이는 3,000 - 24,000 MPa의 예상 전단 응력을 나타낸다.이는 0.5 - 10 MPa 범위에서 측정된 전단 응력과 조화가 어려웠다.

1934년, 에곤 오로완, 마이클 폴라니, G. I. 테일러는 독립적으로 소성 변형이 전위 이론의 관점에서 설명될 수 있다고 제안했다.주변 평면 중 하나의 원자가 결합을 끊고 끝 가장자리에서 원자와 다시 결합하면 전위는 이동할 수 있습니다.실제로 원자의 반평면은 한 번에 1개(또는 몇 개)씩 결합선을 끊고 개질함으로써 전단응력에 따라 이동한다.일련의 결합을 끊는 데 필요한 에너지는 전체 원자 평면에서 동시에 모든 결합을 끊는 데 필요한 에너지보다 훨씬 적다.이 간단한 전위 이동에 필요한 힘의 모델조차도 완벽한 결정보다 훨씬 낮은 응력에서 가소성이 가능하다는 것을 보여줍니다.많은 재료, 특히 연성 재료에서 전위는 소성 변형의 "반송자"이며, 전위를 이동하는 데 필요한 에너지는 재료를 파괴하는 데 필요한 에너지보다 적다.

메커니즘

전위는 원자의 배열의 급격한 변화를 포함하는 결정 구조 내의 선형 결정학적 결함 또는 불규칙성입니다.결정 질서는 탈구 양쪽으로 복원되지만 한쪽의 원자는 움직이거나 미끄러졌다.전위는 재료의 미끄러짐 영역과 미끄러지지 않은 영역 사이의 경계를 정의하며 격자 내에서 끝날 수 없으며 자유 가장자리로 확장하거나 ^[1]결정 내에서 루프를 형성해야 합니다.전위는 버거 벡터라고 불리는 격자 내의 원자에 대한 이동 거리와 방향에 의해 특징지어질 수 있습니다.전위의 버거 벡터는 전위의 모양이 변경될 수 있더라도 일정하게 유지됩니다.

이동성 전위는 글리실, 이동성 전위는 세실이라고 하는 다양한 전위 유형이 존재합니다.이동성 전위의 움직임은 원자들이 낮은 응력 수준에서 서로 미끄러지게 하고 활공 또는 미끄러짐으로 알려져 있습니다.전위의 이동은 결정 내에 다른 원소가 존재함에 따라 강화되거나 방해될 수 있으며, 시간이 지남에 따라 이러한 원소는 코트렐 대기를 형성하는 전위로 확산될 수 있다.이러한 요소로부터의 핀 고정 및 이탈은 강철에서 볼 수 있는 비정상적인 항복 거동을 설명합니다.수소와 전위의 상호작용은 수소취약화를 설명하기 위해 제안된 메커니즘 중 하나이다.

전위는 결정성 물질 내에서 특정 유형의 전위가 재료의 휘어짐, 휘어짐 및 모양을 이동하며 결정 내의 다른 전위 및 특징과 상호작용할 수 있는 고유한 실체인 것처럼 행동합니다.전위는 금속과 같은 결정성 재료를 변형시킴으로써 발생하며, 표면, 특히 응력 농도로 또는 결점 및 입자 경계에서 재료 내에서 발생할 수 있습니다.전위의 수와 배열은 연성, 경도 및 항복 강도 같은 금속의 많은 특성을 발생시킵니다.열처리, 합금 함량 및 냉간 가공은 전위 모집단의 수와 배치, 그리고 유용한 특성을 만들기 위해 전위 모집단이 이동하고 상호작용하는 방식을 변화시킬 수 있습니다.

디폴트 생성

금속이 냉간 가공된 경우(물질의 절대 용해 온도에 비해 상대적으로 낮은 온도에서 $변형$됨), ${\displaystyle T_{}}$m {$displaystyle T_{m},$ 즉$$ 일반적으로 ${\displaystyle 0.}$4 ${\displaystyle {}_{}}$ {$displaystyle$0.4 $미만$임)$T_{m$ 새로운 전위 형성에 따라 전위 밀도가 증가한다.그 결과 인접한 전위의 변형장 사이에 겹치는 부분이 늘어나면서 추가적인 전위 운동에 대한 저항이 점차 증가한다.이로 인해 변형이 진행됨에 따라 금속이 경화됩니다.이 효과를 변형 경화 또는 워크 경화라고 합니다.

재료 내 전위밀도$\delta {\displaystyle }$(\$displaystyle\rho)$는 다음과 같은 관계에 의해 소성변형에 의해 증가할 수 있습니다.

$(*displaystyle\proto\propto\rho$

전위 밀도는 소성 변형과 함께 증가하므로 전위 생성을 위한 메커니즘이 재료 내에서 활성화되어야 한다.전위형성을 위한 세 가지 메커니즘은 균질핵생성, 입자경계개시 및 격자 및 표면, 침전물, 분산상 또는 강화섬유 사이의 계면이다.

균질핵생성

균질한 핵생성에 의한 전위 생성은 격자의 선을 따라 원자 결합이 파열된 결과이다.격자의 평면이 전단되어 2개의 마주보는 반평면 또는 전위가 발생한다.이러한 전위는 격자를 통해 서로 멀어집니다.균질핵생성은 완벽한 결정에서 전위를 형성하고 많은 결합을 동시에 파괴해야 하기 때문에 균질핵생성에 필요한 에너지는 높다.예를 들어, 구리에서 균질 핵생성에 필요한 응력은 ${\displaystyle \frac{{}_{}}{}}$ hom G $=$.${\displaystyle 4^{}}$× ${\displaystyle {10}^{}}$ -$$2$({displaystyle {\text{$hom}}{G}}=$7.$4\$times$ 10$^{-2$이며, 여기서 $G{\displaystyle }$ ${\displaystyle$ G$}$는 구리(46 GPA)의 전단 계수이다.${\displaystyle {\text{hom}}_{}{}_{}}$hom \ $displaystyle$\$tau$ _ { \$text$ { $hom$} , \ ! $\}$에 대해 해결하면 필요한 응력은 3.4 GPa로 결정의 이론 강도에 매우 가깝다는 것을 알 수 있습니다.따라서 기존 변형에서 균질 핵생성은 집중된 응력을 필요로 하며 매우 가능성이 낮다.입자 경계 시작 및 인터페이스 상호작용은 전위의 보다 일반적인 원인입니다.

재료의 입자 경계에 불규칙한 부분이 있으면 전위가 발생하여 입자로 전파될 수 있습니다.입자 경계에 있는 단계와 단부는 소성 변형 초기 단계에서 전위의 중요한 원천이다.

Frank-Read 소스

Frank-Read 소스는 전위의 핀 세그먼트에서 전위의 스트림을 생성할 수 있는 메커니즘입니다.스트레스는 전위 세그먼트를 구부리고 소스로부터 분리되는 전위 루프를 생성할 때까지 확장합니다.

표면

결정의 표면은 결정에서 변위를 일으킬 수 있다.대부분의 결정 표면에 있는 작은 단계 때문에, 표면의 일부 영역의 응력은 격자의 평균 응력보다 훨씬 큽니다.이 스트레스는 탈구로 이어진다.그 후 전위는 입자 경계 시작과 같은 방법으로 격자로 전파된다.단결정에서는 대부분의 전위가 표면에 형성된다.물질 표면으로의 전위 밀도 200마이크로미터는 부피의 밀도보다 6배나 높은 것으로 나타났습니다.그러나 다결정 재료의 경우 대부분의 입자가 표면과 접촉하지 않기 때문에 표면 소스가 큰 영향을 미치지 않습니다.

인터페이스

금속과 산화물 사이의 계면은 생성되는 전위의 수를 크게 증가시킬 수 있습니다.산화층은 산소 원자가 격자 안으로 압착되고 산소 원자가 압축되기 때문에 금속 표면을 팽팽하게 만든다.이는 금속 표면에 가해지는 응력을 크게 증가시키고 결과적으로 표면에 형성되는 전위의 양을 증가시킨다.표면 스텝에 가해지는 응력량이 증가하면 ^[6]계면에서 형성 및 방출되는 전위가 증가합니다.

또한 전위는 두 결정 사이의 계면 평면에 형성되어 유지될 수 있습니다.이 문제는 두 결정의 격자 간격이 일치하지 않아 인터페이스의 격자가 맞지 않을 때 발생합니다.격자 미스핏으로 인한 응력은 정기적으로 미스핏 전위를 형성함으로써 방출된다.미스핏 전위는 인터페이스 평면의 전위선과 인터페이스 법선 방향의 버거스 벡터와의 엣지 전위입니다.예를 들어 ^[7]기판상의 에피택셜 결정성장의 결과로서 부적절한 위치이탈을 가진 계면을 형성할 수 있다.

조사

전위 ^[8][9]루프는 에너지 조사에 의해 발생하는 손상에 형성될 수 있다.프리즘 전위 루프는 원자의 추가(또는 누락된) 접힌 원반으로 이해될 수 있으며, 틈새 원자가 함께 모여 있거나 비어 있을 때 형성될 수 있습니다.이는 단일 또는 다중 충돌 ^[10]캐스케이드의 결과로 직접 발생할 수 있으며, 이는 국소적으로 높은 밀도의 간극 원자와 공실을 초래합니다.대부분의 금속에서 프리즘 전위 루프는 에너지적으로 가장 선호되는 자기 간극 원자의 클러스터입니다.

상호 작용 및 배치

기하학적으로 필요한 전위

기하학적으로 필요한 전위는 결정성 재료에서 제한된 정도의 플라스틱 휨을 수용할 수 있는 전위의 배열이다.전위의 얽힘은 변형 초기 단계에서 발견되며 명확하게 정의되지 않은 경계로 나타납니다. 동적 회복 과정은 결국 15°(낮은 각도 입자 경계) 미만의 잘못된 방향을 가진 경계를 포함하는 세포 구조를 형성합니다.

핀 접속

합금 소자와 같이 전위의 움직임을 억제하는 핀 접속 지점을 추가하면 핀 접속 응력을 극복하고 전위 운동을 계속하기 위해 더 높은 응력을 요구함으로써 궁극적으로 재료를 강화시키는 응력장이 도입될 수 있습니다.

전위 축적으로 인한 변형 경화 효과와 높은 변형률로 형성된 입자 구조는 재료의 회수 및 후속 재결정화를 촉진하는 적절한 열처리(annealing)를 통해 제거할 수 있습니다.

워크 경화 및 어닐링의 조합된 가공 기술은 전위 밀도, 전위 얽힘 정도, 그리고 궁극적으로 재료의 항복 강도를 제어할 수 있도록 합니다.

영속 슬립 밴드

소재의 반복적인 순환은 상대적으로 전위가 없는 영역으로 둘러싸인 전위의 발생과 번들로 이어질 수 있다.이 패턴은 영속적인 슬립 밴드(PSB)^[11]라고 불리는 사다리와 같은 구조를 형성합니다.PSB는 금속 표면에 흔적을 남기기 때문에 이른바 PSB로 불리며, 금속 표면에 흔적을 남겼다가 연마로 제거해도 같은 장소에서 계속 순환합니다.

PSB 벽은 주로 가장자리 변위로 구성되어 있습니다.벽 사이는 나사 ^[11]전위에 의해 가소성이 전달된다.

PSB가 표면과 만나는 곳에서는 반복적인 순환 하중을 받는 압출 및 침입이 형성되어 피로 ^[12]균열이 시작될 수 있습니다.

움직임.

글라이드.

전위는 전위선과 버거스 벡터(이른바 글라이드 평면)^[13]를 모두 포함하는 평면에서 미끄러질 수 있습니다.스크류 전위의 경우 전위선과 버거스 벡터는 평행하므로 전위가 포함된 평면에서 미끄러질 수 있습니다.엣지 전위의 경우 전위와 버거스 벡터는 수직이므로 전위가 미끄러질 수 있는 평면이 1개 있습니다.

오르다

전위 상승은 가장자리가 슬립 평면 밖으로 이동할 수 있도록 하는 전위 운동의 대체 메커니즘이다.전위 상승의 원동력은 결정 격자를 통한 공실 이동이다.공실이 가장자리 전위를 형성하는 원자의 여분의 반평면 경계 옆에서 움직이면 공실에 가장 가까운 반평면 내의 원자가 뛰어올라 그 빈자리를 메울 수 있다.이 원자 이동은 원자의 반평면에 따라 빈 공간을 이동시켜 전위의 이동 또는 양의 상승을 일으킨다.빈 공간이 생성되지 않고 원자의 반평면 경계에서 흡수되는 과정을 음의 상승이라고 합니다.전위 상승은 개별 원자가 공실로 뛰어드는 결과로 나타나기 때문에 상승은 단일 원자 직경 증분으로 발생한다.

양의 상승 동안, 원자는 반평면에서 제거되기 때문에 결정체는 원자의 여분의 반평면에 수직인 방향으로 수축합니다.음의 상승은 반평면에 원자의 추가를 수반하기 때문에 결정체는 반평면에 수직인 방향으로 성장한다.따라서 반평면에 수직인 방향의 압축응력은 양의 상승을 촉진하고 인장응력은 음의 상승을 촉진한다.미끄러짐은 전단 응력만으로 발생하기 때문에 미끄러짐과 상승의 주요 차이점 중 하나입니다.

탈구 슬립과 상승 사이의 한 가지 추가적인 차이점은 온도 의존성이다.공실운동의 증가로 인해 상승은 저온보다 고온에서 훨씬 더 빠르게 일어난다.반면, 슬립은 온도에 대한 의존도가 작습니다.

탈구 눈사태

탈구 눈사태는 탈구가 동시에 여러 번 발생할 때 발생합니다.

전위 속도

전위 속도는 전단 응력과 온도에 크게 좌우되며 종종 멱함수를 사용하여 ^[14]맞출 수 있습니다.

${\displaystyle v=A\tau ^{m}}$

$여기$서 A$(\displaystyle$ A$)$는 재료 상수,$\delta {\displaystyle }$(\$displaystyle \tau)$는 전단응력, $(\displaystyle$ m$)$은 온도 상승에 따라 감소하는 상수이다.전단응력이 증가하면 전위속도가 증가하지만 온도가 증가하면 전위속도가 감소한다.높은 온도에서 포논 산란이 클수록 전위 이동을 느리게 하는 감쇠력이 증가한다는 가설이 있다.

기하학.

이동 전위에는 주로 모서리와 나사 두 가지 유형이 있습니다.실제 물질에서 발견되는 전위는 일반적으로 혼합되어 있으며, 이는 두 가지 특성을 모두 가지고 있음을 의미합니다.

엣지

결정성 물질은 격자 평면으로 배열된 규칙적인 원자 배열로 구성됩니다.가장자리 전위는 원자의 여분의 반평면이 결정 중간에 도입되어 근처의 원자의 평면을 왜곡시키는 결함입니다.결정 구조의 한 쪽에서 충분한 힘이 가해지면, 이 여분의 평면은 입자 경계에 도달할 때까지 원자들이 깨지고 결합하는 평면을 통과합니다.전위에는 두 가지 특성이 있는데, 선 방향은 여분의 반평면의 하단을 따라 흐르는 방향이고, Burgers 벡터는 격자에 대한 왜곡의 크기와 방향을 나타냅니다.엣지 전위에서는 버거스 벡터는 선 방향에 수직이다.

가장자리 전위에 의해 발생하는 스트레스는 본래의 비대칭성으로 인해 복잡합니다.이러한 스트레스는 다음 3개의 ^[15]방정식으로 설명됩니다.

$\displaystyle _{x}=syslogfrac {-\mu \mathbf {b}}{2\pi(1-\nu)}}{\frac {y(3x^{2}+y^{2}^{2}}}}}}$

${\displaystyle _{y}=pi {2\pi(1-\nu)}}{\frac {y(x^{2}-y^{2}}}{(x^{2}+y^{2}}}}}$

${\displaystyle _{xy}=pi frac {2\pi(1-\nu)}}{\frac {x(x^{2}-y^{2}}}{(x^{2}+y^{2}}}}}$

$여기$서$$μ {\$displaystyle \mu}$는 재료의 전단 계수,$b{\displaystyle \mathbf{}}$ {\$displaystyle \mathbf {b}$는 버거스 벡터,$\theta {\displaystyle }$ {\$displaystyle \nu}$는 포아송의 비율$,$ $x{\displaystyle }$ {\$displaystyle$ x$$$}$와 y${displaystyle$ y$}$는 좌표입니다.

이러한 방정식은 "추가" 평면 근처의 원자에 의해 경험되는 압축과 "실종" ^[15]평면 근처의 원자에 의해 경험되는 장력과 함께 전위를 둘러싼 수직 방향의 아령을 암시합니다.

나사

스크류 전위는 평면을 따라 결정체를 절단하고 격자 벡터에 의해 한쪽 반을 미끄러뜨려 결점을 남기지 않고 다시 끼워짐으로써 가시화할 수 있다.절단이 결정을 통과하여 미끄러진 경우 절단의 경계는 나사 탈구입니다.결정 격자의 원자 평면에 의해 선형 결함(전위선)을 중심으로 나선 경로가 추적되는 구조를 포함한다.순수 나사 전위의 경우 버거스 벡터는 선 ^[16]방향과 평행합니다.

나사 전위로 인한 응력은 가장자리 전위의 응력보다 덜 복잡하며 대칭을 통해 하나의 방사형 좌표를 ^[15]사용할 수 있으므로 하나의 방정식만 필요합니다.

${\displaystyle _{r}=mu \mathbf {b} {2\pi r}}$

$여기$서$$μ {\$displaystyle \mu}$는 재료의 전단 계수,$b{\displaystyle \mathbf{}}$ {\$displaystyle \mathbf {b}$는 버거스 벡터, $r{\displaystyle }${\$displaystyle$ r$}$은 방사 좌표입니다.이 방정식은 실린더에서 바깥쪽으로 방사되고 거리에 따라 감소하는 긴 응력 실린더를 나타냅니다.이 단순한 모델은 r $= 0$에서 전위의 코어에 대한 무한 값을 나타내므로 ^[15]전위의 $코어 밖$의 응력에만 유효합니다$.$버거 벡터가 매우 크면 코어가 실제로 비어 있을 수 있으며, 실리콘 카바이드에서 흔히 볼 수 있는 마이크로파이프가 발생할 수 있습니다.

혼재

많은 재료에서 전위는 선 방향과 버거스 벡터가 수직도 평행도 아닌 곳에서 발견되며, 이러한 전위를 혼합 전위라고 하며 나사 및 가장자리 문자로 구성됩니다.이들은 라인 방향과 버거스 벡터 사이의 각도인 ${\($$순수$ 에지 전위의 경우 ${\displaystyle \phi =}$/ / ${\displaystyle 2\mathrm{}}$ \$displaystyle$ \ $varphi$=$$\$pi$ /$$2 $),$ 나사 전위의 경우 ${\displaystyle \mathrm{\phi }}$ ${\displaystyle =}$ 0$(\$ $displaystyle$$\$ $varphi$$$$= 0)$으로 특징지어집니다.

부분적

부분적인 전위는 스태킹 장애를 남깁니다.부분 전위의 두 가지 유형은 세실인 프랭크 부분 전위와 글라이실인 ^[3]쇼클리 부분 전위이다.

프랭크 부분 전위는 프랭크 부분 전위에 의해 경계가 되는 {11} 평면에 원자층을 삽입 또는 제거함으로써 형성됩니다.밀착형 레이어의 제거는 내적 스태킹 폴트, 레이어 삽입은 외적 스태킹 폴트라고 불립니다.버거 벡터는 {11} 활공 평면에 정규이므로 전위는 활공할 수 없으며 ^[1]상승 과정을 통해서만 이동할 수 있습니다.

격자의 전체적인 에너지를 낮추기 위해 모서리 및 나사 전위는 일반적으로 2개의 쇼클리 부분 ^[17]전위에 의해 경계된 적층 단층으로 분리된다.이 스태킹 폴트 영역의 폭은 재료의 스태킹 폴트 에너지에 비례합니다.결합된 효과를 확장 전위라고 하며 하나의 단위로 활공할 수 있습니다.그러나 분리된 나사 전위는 교차 미끄러지기 전에 재결합해야 하므로 이러한 전위가 장벽 주위를 이동하기가 어렵습니다.적층 단층 에너지가 낮은 재료는 전위 해리가 가장 크므로 냉간 가공이 용이하다.

계단봉 및 로머-코트렐 교차로

서로 다른 {11}개의 평면에 있는 두 개의 활공 전위가 쇼클리 부분으로 분할되어 교차하는 경우, Lomer-Cottrell 전위가 ^[18]정점에 있는 계단-로드 전위가 생성됩니다.그것은 계단 위에 카펫을 놓아두는 막대기와 비슷하기 때문에 계단봉이라고 불린다.

조깅하다

조그는 결정 ^[17]구조의 활공면에 없는 전위선의 단계를 나타냅니다.전위 라인은 거의 균일하게 직선화되어 있지 않으며, 종종 핀포인트 또는 핵 형성점으로 작용하여 전위 이동을 방해하거나 용이하게 할 수 있는 많은 곡선과 단계를 포함한다.조그는 활공면을 벗어나기 때문에 전단 하에서는 활공(활공면을 따라 이동)으로 이동할 수 없습니다.대신 ^[19]격자를 통해 이동하기 위해 공실 확산 촉진 상승에 의존해야 한다.재료의 융점으로부터 멀리 떨어져 있는 공실 확산은 느린 과정이기 때문에 대부분의 ^[20]금속에서 조그는 상온에서 움직이지 않는 장벽으로 작용합니다.

조그는 일반적으로 미끄러지는 동안 두 개의 평행하지 않은 전위가 교차할 때 형성됩니다.재료에 조그가 있으면 전위가 쉽게 미끄러지지 않아 항복 강도가 높아집니다.전위 시 한 쌍의 움직이지 않는 조그는 전단 하의 프랭크-판독 선원으로 작용하여 ^[20]재료의 전체 전위 밀도를 증가시킨다.재료의 항복 강도가 전위 밀도 증가를 통해 증가되는 경우, 특히 기계적 작업으로 수행되는 경우, 이를 워크 경화라고 합니다.고온에서는 공실이 조깅의 이동을 촉진하는 과정이 훨씬 빨라져 탈구 이동을 방해하는 전체적인 효과가 감소한다.

구부러지다

꼬임은 활공면에 평행한 전위선상의 단계입니다.조깅과 달리 전위 이동을 위한 핵 형성 지점 역할을 함으로써 활공을 촉진합니다.핵생성점으로부터의 꼬임의 횡방향 확산은 한 번에 몇 개의 원자만 움직이면서 전위 전파를 가능하게 하여 전반적인 에너지 장벽이 미끄러지는 것을 감소시킨다.

2차원(2D)의 예

2차원(2D)에서는 가장자리 전위만 존재하며, 이는 2D 결정을 녹이는 데 중심적인 역할을 하며 나사 전위는 해당되지 않습니다.이러한 전위는 위상 점 결점이며, 이는 육각 결정을 무한대까지(또는 적어도 경계까지) 절단하지 않고는 아핀 변환에 의해 분리될 수 없음을 의미합니다.역평행 버거 벡터와 쌍으로만 만들 수 있습니다.예를 들어 많은 전위가 열적으로 들뜨면 결정의 이산적인 변환 순서가 파괴됩니다.동시에 전단률 및 영률이 사라지며, 이는 결정이 용융되어 유동상이 되는 것을 의미합니다.방향 순서는 아직 파괴되지 않았으며(한 방향의 격자 선으로 표시됨) 액정과 매우 유사하며 일반적으로 6개의 접힌 디렉터 필드를 가진 유동상을 찾을 수 있다.이 소위 육각형 단계는 여전히 방향 강성을 가지고 있다.전위가 고립된 5중 접힘 및 7중 접힘 ^[21]원반으로 분리되면 등방성 유체 단계가 나타납니다.이 2단계 용융은 Kostleritz-Thouless-Halperin-Nelson-Young-Theory(KTHNY 이론)에서 설명되며, Kostleritz-Thouless-Thouless-Thouless-Type의 두 가지 전이에 기초하고 있습니다.

관찰

투과전자현미경법(TEM)

투과전자현미경은 재료의 ^[22]미세구조 내에서 전위를 관찰하기 위해 사용할 수 있다.현미경의 전자빔에 투명하게 하기 위해 재료의 얇은 박을 준비한다.전자빔은 일반 결정 격자 평면에 의해 회절 패턴으로 회절되며, 이 회절(두께 변화, 변형률 변화 및 기타 메커니즘)에 의해 이미지에 대비가 생성됩니다.전위는 다른 국소 원자 구조를 가지며 변형장을 생성하기 때문에 현미경의 전자가 다른 방식으로 산란하게 됩니다.그림에서 재료의 두께를 통과할 때의 전위 라인의 특징적인 '깜짝' 대비에 주목하십시오(또한 전위는 결정으로 끝날 수 없으며 이미지가 2D 투영이기 때문에 이러한 전위는 표면에서 끝납니다).

전위는 무작위 구조를 가지지 않으며 전위의 국소 원자 구조는 버거스 벡터에 의해 결정된다.전위 이미징에서 TEM의 매우 유용한 응용 프로그램 중 하나는 버거스 벡터를 실험적으로 결정할 수 있는 능력입니다.버거 벡터의 결정은 g ${\displaystyle \to }$ ${\displaystyle b\stackrel{}{}}$ b $→$ {\$displaystyle${g$}\cdot$ {$b}("$g dot b") ^[23]$분석$으로 이루어집니다.TEM을 사용하여 암야 현미경을 실시할 때 회절점을 선택하여 화상(앞에서 설명한 바와 같이 격자면이 빔을 스폿으로 회절)을 형성하고, 그 회절점을 담당하는 평면에 의해 회절된 전자만을 사용하여 화상을 형성한다.전송 스폿에서 회절 스폿으로의 회절 패턴의 벡터는 $g{\displaystyle \stackrel{}{}}$ $→$ {\$displaystyle {g}$ 벡터입니다$$.전위의 대비는 이 벡터의 도트 곱과 버거스 벡터($g$ ${\displaystyle \stackrel{}{\to }b\stackrel{}{}}$ b $→$ ${\$displaystyle ${g}}\cdot$ {b$})$의 계수에 따라 조정됩니다.따라서 버거 벡터와 $g{\displaystyle \stackrel{}{}}$ ${\displaystyle \stackrel{}{\to }}$ ${\${$g}}$ 벡터가$$ 수직인 경우 전위 신호가 없으며 전위가 이미지에 전혀 나타나지 않습니다.따라서 g 벡터가 다른 스팟에서 형성된 다른 다크 필드 이미지를 조사함으로써 버거스 벡터를 결정할 수 있다.

기타 방법

필드 이온 현미경과 원자 탐침 기술은 훨씬 더 높은 배율(일반적으로 300만 배 이상)을 생성하는 방법을 제공하며 원자 수준에서 전위를 관찰할 수 있습니다.표면 릴리프가 원자 단계 수준으로 해결될 수 있는 경우, 나사 전위는 독특한 나선 형상으로 나타납니다. 따라서 결정 성장의 중요한 메커니즘이 드러납니다. 표면 단계가 있는 경우 원자는 결정에 더 쉽게 추가할 수 있으며 나사 전위와 관련된 표면 단계는 m.모든 원자가 여기에 추가됩니다.

화학 식각

전위선이 금속 재료의 표면과 교차할 때, 관련된 변형장(strain field)은 산성 식각 및 규칙적인 기하학적 형식의 식각 피트(fit)에 대한 재료의 상대적 민감도를 국소적으로 증가시킨다.이와 같이, 예를 들면, 간섭 현미경을 사용해 실리콘의 전위를 간접적으로 관찰할 수 있다.결정 배향은 전위와 관련된 식각 피트의 형상에 의해 결정 배향을 결정할 수 있다.

재료의 변형과 재에칭이 반복되면 해당 전위의 움직임을 효과적으로 추적하는 일련의 식각 피트를 생성할 수 있다.

전위력

탈구 시 강제력

결정격자상의 외부응력에 의한 전위운동은 전위선에 수직으로 작용하는 가상내력을 이용하여 기술할 수 있다.Peach-Koehler^[24][25][26] 방정식을 사용하여 버거스 $벡터{\displaystyle \mathbf{}}$b ${\displaystyle$ \$mathbf${b$\}\},$ $스트레스{\displaystyle }$, ${\$ {\$displaystyle \sigma$ 및 센스 벡터 $s{\displaystyle \mathbf{}}$ ${\$의$$함수로 전위에 대한 단위 길이당 힘을 계산할 수 있습니다.

$\displaystyle \mathbf {f} =(\mathbf {b} \cdot \cdot \times \mathbf {s} }$

전위의 단위 길이당 힘은 일반적인 응력 $상태{\displaystyle \mathbf{}}$ F$${\$displaystyle \mathbf {F$ 및 감지 $벡터{\displaystyle \mathbf{}}$s {\$displaystyle \mathbf {s$의 함수입니다.

${\displaystyle \mathbf {f} =\mathbf {s} =\times {vmatrix} {\hat {\hat}}&{\hat {k}\F_{x}&F_{y}&F_{z}\s_{x}&s_{y}&s_{z}\end{vmatrix}}$

응력장 성분은 버거스 벡터, 법선 응력 ${\$ { $displaystyle$\ $sigma$ $및{\displaystyle }$ 전단 응력 ${\$ { \ $displaystyle$\ $tau$에서 얻을 수 있습니다.

$디스플레이 스타일F_{x}&=b_{x}\sigma_{x}+b_{y}\sigma_{xy}+b_{z}\sigma_{xz}\sigma_{x}+b_{z}\sigma_{xz}\\sigma_{x}F_{y}&=b_{x}\tau _{yx}+b_{y}\tau _{y}+b_{z}\too _{yz}\tauF_{z}&=b_{x}\tau_{zx}+b_{y}\tau_{zy}+b_{z}\timeout_{z}\end{aligned}}$

전위 사이의 힘

전위 사이의 힘은$$전위의 상호작용 에너지($Uin$ t \ display U_${\rm$ {$int$에서 얻을 수 있습니다.절단면을 선택한 축에 평행하게 변위시켜 다른 변위의 응력장에 하나의 전위를 발생시키는 작업.$($$디스플레이{\displaystyle }$ $스타일$ x$)$ 및 y$(디스플레이 스타일$ y$)$ 방향의$$ 경우:

$디스플레이 스타일U_{\rm {int}}&=\int _{x}^{\infty}(b_{x}\interface _{xy}+b_{y}\interface _{y}\{y}\interface _{y}\interface _{y},\interface \\interface \\\\\\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\U_{\rm {int}}&=\int _{y}^{\infty}(b_{x}\interface _{x}+b_{y}\interface _{y}), dy\end {aligned}}$

그런 다음 미분을 취함으로써 힘을 구한다.

$디스플레이 스타일F_{x}&=-{\frac {\rm {int}}{\frac x}\F_{y}&=-{\frac {\rm {int}}{\frac y}\end {aligned}}$

자유 표면력

또한 변형 에너지가 낮기 때문에 전위는 자유로운 표면으로 이동하는 경향이 있습니다.$이{\displaystyle }$ 가공의 힘은 y$\displaystyle$y 구성요소가$$ 0인 나사 전위에 대해 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

${\displaystyle F_{x}=b\tau_{zy}=-{\frac {Gb^{2}}{4\pi d}}$

$여기$서 d$\displaystyle$d는$x{\displaystyle }$\$displaystyle$x 방향의 자유 표면으로부터의$$ 거리입니다.y ${\displaystyle =}$ {$displaystyle$ y$=0}$인 에지 전위의 힘은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

${\displaystyle F_{x}=b\tau_{xy}=-{\frac {Gb^{2}}{4\pi(1-\nu)d}}}$

레퍼런스

외부 링크

• 크리스탈 결함/교수 Helmut Föl 박사의 웹사이트 5장에는 전위에 관한 풍부한 정보가 수록되어 있다.
• 버블 뗏목에서의 탈선 동영상을 포함한 탈선에 관한 DoITPoMS 온라인 튜토리얼
• 모서리 전위와 나사 전위의 차이 모서리 전위와 나사 전위의 차이 세부 사항
• 스캔 터널링 현미경– 오스트리아 비엔나 공대 물리학과 표면 물리학 그룹에 의한 금속 표면의 원자 수준에서 볼 수 있는 전위 페이지를 포함한 갤러리 이미지 갤러리.
• Volterra, V. "다중 연결 물체의 평형에 대하여", D.에 의해 전달된다.H. 델페니히
• 소밀리아나, C., "탄성왜곡 이론에 대하여", 번역: D.H. 델페니히