[5] 전위 이론 3 (dislocation theory)_kink, jog, 전위의 교차, superjogs, dislocation source

[5] 전위 이론 3 (dislocation theory)_kink, jog, 전위의 교차, superjogs, dislocation source

 

공부 목표

 

- kink, jog 구분

 

- 2개의 전위 교차 현상 (edge+edge 2가지, edge+screw, screw+screw)

 

- Screw dislocation jog의  pinning 현상

- jog의 결합, jog의 dipole 현상의 이해

- Dislocation source

 

 

 

 

(1) kink, jog의 정의 

Fig. 1 전위 원자의 climb

 

 

먼저 전위는 원자의 배열입니다.

 

Fig. 1은 칼날 전위의 모식도입니다. 자세히 보시면 extra half plane (칼날 전위 면) 아래 부분에 이가 빠진 것 같은

 

현상이 있습니다. 이는 원자가 climb을 하여 다른 곳으로 이동한 것입니다. 

 

 

Fig. 2 kink와 jog의 모식도

 

원자가 빠져 나가거나 뒤에 설명하겠지만 전위들이 교차하였을때,

 

전위가 slip plane 위에 놓여 있으면 "kink" 

 

전위가 slip plane 에 3차원 적으로 수직한 방향으로 전위가 형성되는것을 "jog" 라고 합니다.

 

 

(2) 2가지 전위 교차 현상

 

* edge + edge dislocation 수직 교차

 

Fig. 3 edge+edge dislocation 수직 교차

 

먼저 edge + edge dislocation이 수직으로 교차한다고 가정해 보겠습니다.

 

간단하게 양손의 검지 손가락을 펴고 오른손 검지 손가락으로 왼존 검지 손가락을 위에서 아래로

내리 친다고 생각해보세요. (왼손 검지 손가락이 위에서 아래 쪽으로 밀리고 아프겠죠 ㅎㅎ)

 

Fig. 3에서 b1, b2 방향의 전위가 수직으로 만났을때 b1의 세기 만큼 b2 vector를 가지는 전위가 아래로 내려갑니다.

 

2차원이였든 plane위의 전위가 한칸 아래로 내려간 3차원이 되면서 plane에 위치 하지 않는 jog가 생성됩니다.

 

* edge + edge dislocation 평행 교차

Fig. 4 edge+edge dislocation 평행 교차

 

먼저 edge + edge dislocation이 평행으로 교차한다고 가정해 보겠습니다.

 

이것 또한 간단하게 양손의 검지 손가락을 펴고  "T자"를 만든 다고 생각하고  평행한 상태에서 손가락을 밀어 보세요.

 

(손가락이 옆으로 밀리겠죠 ㅎㅎ)

 

Fig. 4에서 b1, b2 방향의 전위가 수직으로 만났을때 b1의 세기 만큼 b2 vector를 가지는 전위가 옆으로 밀립니다.

 

여기서, b1의 세기 만큼 평행하게 밀린 전위 자체가 plane위에 위치하기 때문에 kink가 생성됩니다.

 

 

* edge + screw dislocation 교차

Fig. 5  edge+screw dislocation 교차

 

전위선과 b1 수직인 edge dislocation + 전위선과 b2가 평행인 screw dislcoation이 교차 할때에는

 

마찬가지로 양손 검지손가락으로 bergers vecor 방향으로 양손을 움직이면서 교차 한다고 생각해 보세요.

 

edge dislocation은 b2 세기 만큼 위로 올라간 모양의 jog를 형성하게 됩니다.

 

screw dislcoation은 b1의 세기 만큼 왼쪽에서 오른쪽으로 밀리게 되겠죠

 

전위가 교차후에 plane 내에 위치하고 있기 때문에 kink를 형성하게 됩니다.

 

정리하면 edge+screw 가 만나면  →  edge는 jog / screw는 kink를 형성합니다.

 

 

 

* screw + screw dislocation 교차

Fig. 6 screw+screw dislocation 교차

 

2가지 전위 교차의 마지막 형상은 screw + screw 입니다.

 

양손의 검지 손가락을 bergers vector 방향으로 맞춰서 밀어 보신다면

 

양 전위 모두 plane에 위치하지 않는 jog를 형성 하는것을 알 수 있습니다.

 

screw+screw는  jog, jog를 형성합니다. 

 

 

 

(3) screw dislocation jog의 pinning 효과

 

     

Fig. 7 Screw dislocation jog의  pinning point

 

앞선 전위의 교차 현상에서 도대체 jog, kink 등이 생성되는게 무슨 의미가 있는지에 대해서 설명하려고 합니다.

 

특히 jog는 screw dislocation의 움직임에 중요한 역할을 합니다.

 

screw dislocation라고 하면 전위선과 b (burgers vector)가 평행하죠.

 

하지만 jog 부분(AB의 선)을 보면 전위선과 b가 수직 한 edge dislocation가 된것을 알 수 있죠.

 

파란색은 screw dislocation가 이동하는 방향인데 칼날전위인 AB는 파란색 방향으로 이동 할 수 없습니다.

 

이유는 edge dislocation은 screw edge dislocation의 이동 방향이 같지 않기 때문입니다.

 

따라서, pinning effect 즉 AB 칼날 전위가 screw 방향으로 이동하지 않고 버티는 현상이 발생합니다.

 

screw dislocation 부분이 파란색 움직이는 방향 쪽으로 휘어지는 현상 또한 나타납니다.

 

 

 

Fig. 8 pinning 효과와 vacancies 생성

 

위에 설명한것과 같이 pinning effect가 발생하게 되면서 screw dislocation이 shear stress가 걸리면서

 

R 반경이 생기게 됩니다. 

 

하지만, 전위가 이동하는 힘이 계속 증가 한다면 전위선의 반경이 증가하며 임계 반경 Critical radius (Rc)

 

이상으로 휘어지게 되었을 경우에 jog를 움직이에 됩니다. 강제로 끌고 가는 것이죠

 

이렇게 jog를 강제로 끌고 갈때 jog의 위치에 vacancies 들이 생성됩니다.

 

정리하면,

 

screw dislocation의 jog는 screw dislocation의 이동을 막는 효과가 있으며

 

강제로 screw dislocation을 이동 시키면 vacancy가 생성된다

 

 

 

 

(4) superjog

 

- superjog라는 것은 slip면 위에 원자 하나 이상의 간격을 가지는 jog를 말합니다.

 

- jog의 결합 / jog의 dipole에 대해서 설명해 보겠습니다.

 

 

 

* jog의 결합

Fig. 9 jog의 결함

 

여러 스텝의 jog가 있을때 높은 stress가 있을때 

 

2 스텝의 높이를 가지는 1스텝의 jog를 형성하게 됩니다. 이를 jog의 결합 (jogs combine)이라고 합니다.

 

 

 

* jog의 dipole

Fig. 10 dislocation dipole 모식도

 

jog의 결합에서 계속 stress가 증가한다면 전위가 늘어나면서 활처럼 늘어나고

 

똑 떨어지는 것과 같은 모양으로 loop를 형성합니다.

 

이러한 loop는 이후에 쪼개지면서 작은 loop를 형성하게됩니다.

 

 

 

(5) Dislocation source

 

전위론을 마무리하는 내용으로  전위를 생성하는 소스 (dislocation source)

 

1. 응고 결정 성장 과정중에 전위 형성

 

2. 온도, 조성적 구배에 따른 전위 생성

 

3. 계면의 응력 집중으로 ->전위 증식 -> 변형의 초기 역할

 

4. 공공이 모여 disk or loop 형성

 

5. second phase heterogeneous 핵생성의 응력 집중