결정결함-2

면결함은 외부표면, 결정립계, 쌍정, 저각경계, 고각경계, 비틀림, 적층결함 들을 포함합니다. 어떤 재료에서든지 자유표면이나 외부표면은 가장 흔한 형태의 면결함입니다. 표면의 원자들은 한쪽만 다른 원자들과 결합하고 있으므로 외부표면은 결함으로 간주합니다. 그러므로 표면원자 주위의 이웃원자 수는 더 적습니다. 결과적으로 이 원자들은 최적의 이웃원자 수를 갖는 결정 내부의 원자들과 비슷할 때 더 높은 수준의 에너지를 갖게 됩니다. 재료 표면의 원자가 가지는 높은 에너지는 표면에서 부식이나 주변 원소들과의 반응이 더 쉽게 일어나게 합니다. 이러한 점은 재료의 거동에서 결함을 중요성을 설명해줍니다. 결정립계는 다결정질 재료에서 다른 방위의 결정립 또는 결정들을 구부하는 면결함입니다. 금속에서 결정립계는 응고 중에 다른 핵들로부터 형성된 결정들이 동시에 성장하여 서로 만날 때 생성됩니다. 결정립계의 모양은 이웃 결정립들의 성장에 의한 제한으로 결정됩니다. 결정립계 자체는 두 결정립 간의 좁은 영역으로서 폭은 원자 지름의 약 2~5배 정도이며 인접한 결정립 사이의 원자적 불일치 영역입니다. 이러한 원자적 불일치로 인해 결정립계의 원자충진율은 결정립 내부에 비해 낮습니다. 결정립계도 역시 결정립계 영역의 에너지를 증가시키는 변형된 위치에 약간의 원자들을 가집니다. 결정립계는 더 높은 에너지와 보다 개방된 구조 때문에 석출물의 핵생성과 성장이 더 잘 일어납니다. 결정립계의 보다 낮은 원자 충진을 결정립계 영역에서 더 빠른 원자 확산이 일어날 수 있게도 합니다.. 결정립계 영역에서 전위의 이동은 어렵기 때문에 상온에서 결정립계는 소성유동을 제한합니다. 쌍정 또는 쌍정경계는 이차원적 결함의 또 다른 예입니다. 쌍정은 어떤 면이나 경계를 통해 거울에 비친 상과 같은 구조가 존재하는 영역으로 정의됩니다. 재료의 영구 또는 소성변형이 일어날 때 쌍정이 형성되고, 이러한 쌍정을 변형 쌍정이라고 합니다. 변형된 결정에서 원자가 원위치로 돌아가는 재결정 과정에서도 쌍정이 나타날 수 있으며, 이를 어닐링 쌍정이라고 합니다. 어닐링 쌍정은 일부 FCC합금에서만 일어납니다. 쌍정이라는 명칭이 뜻하는 바와 같이 쌍정경계는 쌍을 이루이루는 특징이 있습니다. 또한, 전위와 유사하게 쌍정경계도 재료를 강화하는 경향이 있습니다. 결정에서 일련의 칼날전위가 두 결정 영역이 방향이 어긋나거나 기울어진 것과 같은 방법으로 정렬되면 저각경사경계라고 하는 이차원적 결함이 형성됩니다. 나선전위들이 연결되어 저각비틀림경계를 생성할 때 비슷한 현상이 일어날 수 있습니다. 저각경계의 불일치각도는 일반적으로 10도 이하입니다. 저각경계인 경사 또는 비틀림의 전위밀도가 증가함에 따라 불일치각도는 더욱 커집니다. 만일 불일치각도가 20도 이상이 되면 그 경계는 더 이상 저각경계가 아니지만 일반적인 결정립계로 간주합니다. 전위나 쌍정과 마찬가지로 저각경계도 국부적인 격자 뒤틀림으로 인해 고에너지 영역이며, 금속을 강화하는 경향이 있습니다. 때로는 결정질 재료가 성장할 때 공공 집합체의 붕괴 또는 전위의 상호작용이 있거나, 하난 이상의 적층 원자면을 잃어버릴 수 있는데 그 결과로 적층결함이나 축적결함이라고 하는 다른 이차원적 결함이 일어나게 됩니다. 적층결함도 역시 재료를 강화하는 경향이 있습니다. 이차원적 결함들 중에서 일반적으로 입계가 금속을 강화하는데 가장 효과적입니다. 하지만 적층결함, 쌍정경계, 저각입계 등도 종종 금속 강화의 목적을 만족시킬 수 있습니다. 부피결함 또는 3차원적 결함은 여러 점결함들이 연결되어 3차원적 공극이나 기공을 만들 때 형성됩니다. 반대로 여러 불순물 원자들이 결합하여 삼차원적 석출물을 형성할 수도 있습니다. 부피결함의 크기는 수 나노미터에서 수 센티미터의 범위, 또는 그 이상도 될 수 있습니다. 이러한 결함들은 재료의 거동이나 성능에 대단한 효과 또는 영향을 줍니다. 그리고 3차원적 또는 부피결함의 개념을 다결정질 재료의 비정질 영역까지 넓어질 수 있습니다.