텍스처(크리스탈린)

고에너지 X선에 의해 측정된 알파2 감마 합금에서 감마-TiAl의 결정질감을 표시하는 폴 그림.^[1]

재료 과학에서 질감은 다결정 샘플의 결정학적 방향의 분포다(지질적 구조의 일부이기도 하다). 이러한 방향이 완전히 무작위인 표본은 뚜렷한 질감이 없다고 한다. 결정학적 방향이 랜덤하지 않지만 선호하는 방향이 있다면 표본은 약하거나 중간 또는 강한 질감을 가진다. 정도는 선호하는 방향을 가진 결정의 비율에 따라 달라진다. 질감은 거의 모든 공학적 재료에서 볼 수 있으며 재료 특성에 큰 영향을 미칠 수 있다. 또한 지질암은 열역학적으로 형성 과정으로 인한 질감을 보여준다.

한 가지 극단적인 경우는 질감의 완전 부족이다: 완벽한 무작위 결정체 방향을 가진 고체는 결정체의 크기보다 충분히 큰 길이에 등방성 성질을 가질 것이다. 극과 극은 완벽한 단일 결정으로, 기하학적 필요성에 의해 비등방성 성질을 가질 가능성이 있다.

특성화 및 표현

질감은 다양한 방법으로 결정할 수 있다.^[2] 질감을 정량적으로 분석할 수 있는 방법이 있는가 하면 질적으로만 분석하는 방법도 있다. 정량적 기법 중 가장 널리 쓰이는 것은 텍스처 각도계를 이용한 X선 회절이며, 전자현미경을 스캔할 때 EBSD법(Electronic Backscatter difference)이 그 뒤를 잇고 있다. 질적 분석은 Laue 사진, 단순한 X선 회절 또는 편광 현미경으로 할 수 있다. 중성자와 싱크로트론 고에너지 X선 회절은 벌크 재료의 질감 결정과 상황 분석에 적합한 반면 실험실 X선 회절 기구는 박막의 질감 분석에 더 적합하다.

텍스처는 흔히 장대 형상을 사용하여 표현되는데, 각 결정체의 대표 수에서 특정 결정 축(또는 극)이 물질의 처리 이력과 관련된 방향과 함께 입체 투영으로 표시된다. 이 방향은 소위 샘플 참조 프레임을 정의하며, 금속의 냉간 가공에서 시작된 텍스처 조사(일반적으로 롤링 방향 RD, 횡방향 TD 및 정상 방향 ND라고 함)를 정의하기 때문이다. 그려진 금속 와이어의 경우 원통형 섬유 축이 일반적으로 선호하는 방향이 관찰되는 샘플 방향으로 나타났다(아래 참조).

X선 회절을 통한 텍스처 측정을 위한 4개의 원 확산계 또는 오일러 크래들
χ 반사 측정 모드
전송 측정용 Ω 모드

공통 텍스처

가공(큐빅) 재료에서 흔히 볼 수 있는 몇 가지 질감이 있다. 그것들은 발견했던 과학자에 의해 혹은 그들이 가장 많이 발견되는 물질에 의해 이름 지어진다. 이것들은 단순화 목적을 위해 밀러 지수에 제시된다.

큐브 성분: (001)[100]
황동 성분: (110)[-112]
구리 성분: (112)[11-1]
S 성분: (123)[63-4]

방향분포함수

결정질감의 전체 3D 표현은 일련의 극 형상이나 회절 패턴을 평가하여 얻을 수 있는 방향 분포 함수( $OD$ $F$ ${\displaystyle ODF$ 에 의해 주어진다. 이후 모든 극 수치는 $O$ $D$ $F$ $ODF$ 에서 도출할 수 있다 $ODF$

$O$ $D$ $F$ $ODF$ 은(는) ${\boldsymbol {g}}$ 방향 g {\ $displaystyle$ {\ $boldsymbol$ {g}을 $($ 를) 가진 곡물의 부피 비율로 정의된다 $ODF$ ${\boldsymbol {g}}$

ODF({\boldsymbol {g})={\frac {1}{V}{\frac {dV({\boldsymbol {g}}}{dg}}}.

방향 ${\boldsymbol {g}}$ ${\$ 은(는) 일반적으로 3개의 오일러 각도를 사용하여 식별된다 ${\boldsymbol {g}}$ . 그런 다음 오일러 각도는 시료의 기준 프레임에서 다결정 각 개별 입자의 결정학적 기준 프레임으로의 전환을 설명한다. 따라서 하나의 각도는 서로 다른 오일러 각도의 큰 집합으로 끝나며, 분포는 $O$ $D$ $F$ $ODF$ 에 의해 설명된다 $ODF$

방향 분포 함수 $O$ $D$ $F$ $ODF$ 는 어떤 기법으로도 직접 측정할 수 없다 $ODF$ 전통적으로 X선 회절과 EBSD 모두 극의 형상을 수집할 수 있다. $O$ D $F$ $ODF$ 을(를) 전신주 수치나 데이터로부터 $ODF$ 얻기 위한 방법론이 서로 다르다. 이들은 $OD$ $F$ $ODF$ 을(를) 나타내는 방법에 따라 분류할 수 있다 $ODF$ 일부는 함수로 $ODF$ $ODF$ 을(를) 나타내거나 일련의 조화 함수로 확장한다. 이산형 방법으로 알려진 다른 방법은 셀의 $ODF$ $ODF$ 공간을 $ODF$ 분할하고 각 셀의 $ODF$ $ODF$ $ODF$ 값을 결정하는 데 초점을 맞춘다.

오리진스

곡물 흐름을 나타내기 위해 식각된 단조형 연결봉의 스캔.

와이어와 섬유에서 모든 결정체는 축 방향은 거의 동일하지만 방사 방향은 거의 무작위적인 경향이 있다. 이 규칙에서 가장 친숙한 예외는 결정 구조가 없는 섬유유리와 탄소 섬유로, 결정체가 너무 커서 양질의 필라멘트가 대략 원통형 대칭(흔히 젤리롤에 비하여)을 가진 왜곡된 단일 결정이 될 것이다. 단결정 섬유도 드물지 않다.

금속 시트의 제작은 종종 한 방향으로 압축하고, 다른 방향으로의 장력을 수반하는데, 이것은 곡물 흐름이라고 알려진 공정에 의해 양쪽 축의 결정체를 방향을 잡을 수 있다. 그러나 차가운 작업은 결정질서의 많은 부분을 파괴하고, 어닐링과 함께 발생하는 새로운 결정체는 대개 다른 질감을 가지고 있다. 질감 제어는 변압기 코어용 실리콘 스틸 시트(자기 이력 감소)와 알루미늄 캔(깊이 그리기 위해서는 극단적이고 비교적 균일한 가소성이 필요하기 때문에) 제작에 매우 중요하다.

세라믹의 질감은 보통 슬러리의 결정체가 결정 방향에 따라 달라지는 형태를 가지기 때문에 생긴다. 종종 바늘 모양이나 접시 모양. 이 입자들은 물에서 슬러리를 떠나거나 점토가 형성되면서 스스로 정렬한다.

주물이나 기타 유체 대 고체 전환(즉, 박막 증착)은 원자가 비정형 고체로 응축하거나 무작위 방향의 새로운 결정을 시작하는 것이 아니라 기존 결정에서 자리를 찾을 수 있는 충분한 시간과 활성 에너지가 있을 때 질감 고형분을 생성한다. 결정의 일부 면(때로는 빽빽하게 포장된 평면)은 다른 면보다 더 빠르게 성장하며, 이러한 면들 중 하나가 성장 방향으로 향하는 결정체는 보통 다른 방향에서 결정체보다 경쟁적으로 앞서게 된다. 극단적으로, 일정한 길이 후에 단 하나의 결정만이 살아남을 것이다. 즉, 이것은 (종자 결정체를 사용하지 않는 한) Czochralski 공정과 터빈 날개 및 기타 크리프에 민감한 부품의 주조에 이용된다.

텍스처 및 재료 특성

강도,^[3] 화학 반응도,^[4] 응력 부식 균열 저항성,^[5] 용접성,^[6] 변형 거동,^[3]^[4] 방사선 손상 저항성,^[7]^[8] 자기 감수성^[9] 등의 재료 특성은 재료의 질감 및 미세 구조의 관련 변화에 따라 크게 좌우될 수 있다. 많은 재료에서 특성은 질감별로 다르며, 재료가 가공되거나 사용 중일 때 좋지 않은 질감의 개발은 실패를 시작하거나 악화시킬 수 있는 약점을 만들 수 있다.^[3]^[4] 부품 재료의 질감이 좋지 않아 부품 성능이 떨어질 수 있다.^[4]^[9] 고장은 해당 구성품을 제작하거나 사용하는 동안 형성된 결정 질감과 관련이 있을 수 있다.^[3]^[6] 따라서 사용 중 엔지니어링된 부품에 존재하며 공학적 부품에 형성될 수 있는 텍스처를 고려하는 것은 해당 재료로 부품을 제조하기 위해 사용되는 일부 재료와 방법의 선택에 관한 의사결정을 내릴 때 매우 중요하다.^[3]^[6] 사용 또는 남용 중에 부품이 고장 난 경우, 고장 분석 데이터의 의미 있는 해석에 해당 부품 내에서 발생하는 질감을 이해하는 것이 중요할 수 있다.^[3]^[4]

박막 텍스처

기질 효과로 인해 우선 결정체 방향이 생성됨에 따라 박막에서 두드러진 질감이 발생하는 경향이 있다.^[10] 현대의 기술 장치는 나노미터와 마이크로미터 범위에서 두께가 큰 다결정 박막에 의존한다. 예를 들어, 모든 마이크로 전자 및 대부분의 광전자 시스템 또는 센서 및 초전도 레이어를 보유한다. 대부분의 박막 질감은 두 가지 유형 중 하나로 분류될 수 있다. (1) 소위 섬유 질감의 경우 특정 격자 평면의 방향이 기질 면에 우선적으로 평행하며 (2) 양축 질감의 경우 결정체의 평면 내 방향도 표본에 대해 정렬하는 경향이 있다. 후자의 현상은 이에 따라 거의 상피 성장 과정에서 관찰되며, 층 내 결정체의 특정 결정학적 축이 (단결정) 기질의 특정 결정학적 방향을 따라 정렬되는 경향이 있다.

주문형 텍스처를 맞춤 제작하는 것은 박막 기술에서 중요한 과제가 되었다. 예를 들어 투명 전도성 필름 또는 표면 음향파(SAW) 장치를 위한 산화 화합물의 경우 극축은 기질 정규를 따라 정렬되어야 한다.^[11] 또 다른 예는 금속 리본에 퇴적된 산화 다층계 시스템으로 개발되고 있는 고온 초전도체 케이블에 의해 제시된다.^[12] YBaCuO₂₃_7−δ 층의 양축 질감의 조정은 충분히 큰 임계 전류를 달성하는 결정적인 전제조건으로 밝혀졌다.^[13]

박막 성장^[14] 중에 질감의 정도는 종종 진화의 대상이 되며 가장 두드러진 질감은 층이 일정한 두께에 도달한 후에야 얻을 수 있다. 따라서 박막 재배자는 증착 과정을 최적화하기 위해 텍스처 프로파일이나 텍스처 그라데이션에 대한 정보를 필요로 한다. 그러나 표본의 깊이가 다른 것이 신호에 기여하기 때문에 X선 산란으로 질감 구배를 결정하는 것은 간단하지 않다. 회절 강도의 적절한 디콘볼루션을 허용하는 기술은 최근에야 개발되었다.^[15]^[16]

참조

^ Liss KD, Bartels A, Schreyer A, Clemens H (2003). "High energy X-rays: A tool for advanced bulk investigations in materials science and physics". Textures Microstruct. 35 (3/4): 219–52. doi:10.1080/07303300310001634952.
^ H.-R. Wenk & P. Van Houtte (2004). "Texture and anisotropy". Rep. Prog. Phys. 67 (8): 1367–1428. Bibcode:2004RPPh...67.1367W. doi:10.1088/0034-4885/67/8/R02.
^ Jump up to: ^a ^b ^c ^d ^e ^f O. Engler & V. Randle (2009). Introduction to Texture Analysis: Macrotexture, Microtexture, and Orientation Mapping, Second Edition. CRC Press. ISBN 978-1-4200-6365-3.
^ Jump up to: ^a ^b ^c ^d ^e U. F. Kocks, C. N. Tomé, H. -R. Wenk and H. Mecking (2000). Texture and Anisotropy: Preferred Orientations in Polycrystals and their effects on Materials Properties. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-79420-6.CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)
^ D. B. Knorr, J. M. Peltier, and R. M. Pelloux, "Influence of Crystallographic Texture and Test Temperature on Initiation and Propagation of Iodine Stress-Corrosion Cracks in Zircaloy" (1972). Zirconium in the Nuclear Industry: Sixth International Symposium. Philadelphia, PA: ASTM. pp. 627–651.CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)
^ Jump up to: ^a ^b ^c Peter Rudling; A. Strasser & F. Garzarolli. (2007). Welding of Zirconium Alloys (PDF). Sweden: Advanced Nuclear Technology International. pp. 4–3(4–13).
^ Y. S. Kim; H. K. Woo; K. S. Im & S. I. Kwun (2002). The Cause for Enhanced Corrosion of Zirconium Alloys by Hydrides. Zirconium in the Nuclear Industry: Thirteenth International Symposium. Philadelphia, PA: ASTM. p. 277. ISBN 978-0-8031-2895-8.
^ Brachet J.; Portier L.; Forgeron T.; Hivroz J.; Hamon D.; Guilbert T.; Bredel T.; Yvon P.; Mardon J.; Jacques P. (2002). Influence of Hydrogen Content on the α/β Phase Transformation Temperatures and on the Thermal-Mechanical Behavior of Zy-4, M4 (ZrSnFeV), and M5™ (ZrNbO) Alloys During the First Phase of LOCA Transient. Zirconium in the Nuclear Industry: Thirteenth International Symposium. Philadelphia, PA: ASTM. p. 685. ISBN 978-0-8031-2895-8.
^ Jump up to: ^a ^b B. C. Cullity (1956). Elements of X-Ray Diffraction. United States of America: Addison-Wesley. pp. 273–274.
^ 석영 위의 고도로 지향적인 TiO₂ 필름 표면 코팅 및 기술
^ M. Birkholz, B. Selle, F. Fenske and W. Fuhs (2003). "Structure-Function Relationship between Preferred Orientation of Crystallites and Electrical Resistivity in Thin Polycrystalline ZnO:Al Films". Phys. Rev. B. 68 (20): 205414. Bibcode:2003PhRvB..68t5414B. doi:10.1103/PhysRevB.68.205414.CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)
^ A. Goyal, M. Parans Paranthaman and U. Schoop (2004). "The RABiTS Approach: Using Rolling-Assisted Biaxially Textured Substrates for High-Performance YBCO Superconductors". MRS Bull. 29 (August): 552–561. doi:10.1557/mrs2004.161.
^ Y. Iijima, K. Kakimoto, Y. Yamada, T. Izumi, T. Saitoh and Y. Shiohara (2004). "Research and Development of Biaxially Textured IBAD-GZO Templates for Coated Superconductors". MRS Bull. 29 (August): 564–571. doi:10.1557/mrs2004.162.CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)
^ F. Fenske, B. Selle, M. Birkholz (2005). "Preferred Orientation and Anisotropic Growth in Polycrystalline ZnO:Al Films Prepared by Magnetron Sputtering". Jpn. J. Appl. Phys. Lett. 44 (21): L662–L664. Bibcode:2005JaJAP..44L.662F. doi:10.1143/JJAP.44.L662.CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)
^ J. Bonarski (2006). "X-ray texture tomography of near-surface areas". Progr. Mat. Sc. 51: 61–149. doi:10.1016/j.pmatsci.2005.05.001.
^ M. Birkholz (2007). "Modelling of diffraction from fiber texture gradients in thin polycrystalline films". J. Appl. Cryst. 40 (4): 735–742. doi:10.1107/S0021889807027240.

추가 읽기

H.J. 번지, "마테마티슈 메소덴 데르 텍투라날리스" (1969) 베를린 아카데미에베를라그
번지, H.J. "재료 과학에서의 혼합물 분석" (1983) 런던 버터워스
Kocks, U. F., Tomé, C. N., Wenk, H.-R., Beaudoin, A. J., Mecking, H. "Texture and Anisotropy – Preferred Orientations in Polycrystals and Their Effect on Materials Properties" (2000) Cambridge University Press ISBN 0-521-79420-X
Birkholz, M, "X선 산란에 의한 박막 분석"(2006) Wiley-VCH, Weinheim ISBN 3-527-31052-5

외부 링크

[Liss-1] Liss KD, Bartels A, Schreyer A, Clemens H (2003). "High energy X-rays: A tool for advanced bulk investigations in materials science and physics". Textures Microstruct. 35 (3/4): 219–52. doi:10.1080/07303300310001634952.

[Wenk2004-2] H.-R. Wenk & P. Van Houtte (2004). "Texture and anisotropy". Rep. Prog. Phys. 67 (8): 1367–1428. Bibcode:2004RPPh...67.1367W. doi:10.1088/0034-4885/67/8/R02.

[Engler_and_Randle-3] Jump up to: ^a ^b ^c ^d ^e ^f O. Engler & V. Randle (2009). Introduction to Texture Analysis: Macrotexture, Microtexture, and Orientation Mapping, Second Edition. CRC Press. ISBN 978-1-4200-6365-3.

[Kocks_et_al-4] Jump up to: ^a ^b ^c ^d ^e U. F. Kocks, C. N. Tomé, H. -R. Wenk and H. Mecking (2000). Texture and Anisotropy: Preferred Orientations in Polycrystals and their effects on Materials Properties. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-79420-6.CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)

[Knorr_et_al-5] D. B. Knorr, J. M. Peltier, and R. M. Pelloux, "Influence of Crystallographic Texture and Test Temperature on Initiation and Propagation of Iodine Stress-Corrosion Cracks in Zircaloy" (1972). Zirconium in the Nuclear Industry: Sixth International Symposium. Philadelphia, PA: ASTM. pp. 627–651.CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)

[Rudling_et_al-6] Jump up to: ^a ^b ^c Peter Rudling; A. Strasser & F. Garzarolli. (2007). Welding of Zirconium Alloys (PDF). Sweden: Advanced Nuclear Technology International. pp. 4–3(4–13).

[7] Y. S. Kim; H. K. Woo; K. S. Im & S. I. Kwun (2002). The Cause for Enhanced Corrosion of Zirconium Alloys by Hydrides. Zirconium in the Nuclear Industry: Thirteenth International Symposium. Philadelphia, PA: ASTM. p. 277. ISBN 978-0-8031-2895-8.

[8] Brachet J.; Portier L.; Forgeron T.; Hivroz J.; Hamon D.; Guilbert T.; Bredel T.; Yvon P.; Mardon J.; Jacques P. (2002). Influence of Hydrogen Content on the α/β Phase Transformation Temperatures and on the Thermal-Mechanical Behavior of Zy-4, M4 (ZrSnFeV), and M5™ (ZrNbO) Alloys During the First Phase of LOCA Transient. Zirconium in the Nuclear Industry: Thirteenth International Symposium. Philadelphia, PA: ASTM. p. 685. ISBN 978-0-8031-2895-8.

[Cullity-9] Jump up to: ^a ^b B. C. Cullity (1956). Elements of X-Ray Diffraction. United States of America: Addison-Wesley. pp. 273–274.

[10] 석영 위의 고도로 지향적인 TiO₂ 필름 표면 코팅 및 기술

[Birk2003-11] M. Birkholz, B. Selle, F. Fenske and W. Fuhs (2003). "Structure-Function Relationship between Preferred Orientation of Crystallites and Electrical Resistivity in Thin Polycrystalline ZnO:Al Films". Phys. Rev. B. 68 (20): 205414. Bibcode:2003PhRvB..68t5414B. doi:10.1103/PhysRevB.68.205414.CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)

[Goya2004-12] A. Goyal, M. Parans Paranthaman and U. Schoop (2004). "The RABiTS Approach: Using Rolling-Assisted Biaxially Textured Substrates for High-Performance YBCO Superconductors". MRS Bull. 29 (August): 552–561. doi:10.1557/mrs2004.161.

[Iiji2004-13] Y. Iijima, K. Kakimoto, Y. Yamada, T. Izumi, T. Saitoh and Y. Shiohara (2004). "Research and Development of Biaxially Textured IBAD-GZO Templates for Coated Superconductors". MRS Bull. 29 (August): 564–571. doi:10.1557/mrs2004.162.CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)

[Fens2005-14] F. Fenske, B. Selle, M. Birkholz (2005). "Preferred Orientation and Anisotropic Growth in Polycrystalline ZnO:Al Films Prepared by Magnetron Sputtering". Jpn. J. Appl. Phys. Lett. 44 (21): L662–L664. Bibcode:2005JaJAP..44L.662F. doi:10.1143/JJAP.44.L662.CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)

[Bona2006-15] J. Bonarski (2006). "X-ray texture tomography of near-surface areas". Progr. Mat. Sc. 51: 61–149. doi:10.1016/j.pmatsci.2005.05.001.

[Birk2007-16] M. Birkholz (2007). "Modelling of diffraction from fiber texture gradients in thin polycrystalline films". J. Appl. Cryst. 40 (4): 735–742. doi:10.1107/S0021889807027240.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

hide 권한통제
국립도서관	미국
기타	마이크로소프트 어학

Search