완전 결정(perfect crystal)에 전위(dislocation)이 도입되는 과정

슬립면 (slip plane) 상에서 이미 슬립이 일어난 영역과 일어나지 않은 영역과의 경계선으로 전위(dislocation)를 정의할 수 있다. 완전 결정 (perfect crystal)에 전위를 만들기 위해서는 결정의 일부에 슬립이 일어나게 하면 된다. 그림과 같이 완전 결정에 슬립면이 되는 칼집을 넣는다고 하면, 칼집 끝 (반드시 직선일 필요는 없지만, 그림에서는 편의상 직선으로표현)은 결정 안에 남겨 두고, 상부의 결정에 대해 벡터b만큼 슬립을 일으키게 한다. 여기에서 b의 크기와 방향은 슬립면에 평행한 임의의 값을 가지지만, 그림1의 (b)와(c)는 칼집 끝 직선에 수직인 경우와 평행한 경우를 나타낸다.

그림1 완전결정에 전위가 도입되는 과정.

 

슬립을 일으킨 후 칼날 면을 다시 붙이고, 힘을 가하지 않는다고 하더라도, 원래의 완전 결정으로 돌아오지는 않는다. 그 결과 칼집의 끝 부분에 전위(dislocation)가 발생하게 된다. 칼집 끝의 직선 방향 (이것을 전위선(dislocation line)의 방향)과 b가 수직 인 경우는 칼날 전위 (edge ​​dislocation), 평행한 경우 나선 전위 (screw dislocation)가 생긴다. 만약 수직도 평행하지도 않은 경우 혼합 전위 (mixed dislocation)가 생긴다. 각각의 전단 변형이 진행하도록 (칼집을 더욱 확대하도록) 외력을 추가 하면 그림1의 (b)와(c) 두 전위도 오른쪽으로 움직이고 마침내이 상형 결정 전체에 슬립이 발생하면 전위는 우측면에서 결정으로부터 벗어나 소멸하게 된다. 나선 전위 운동 방향 (오른쪽)는 외력의 방향과는 다른 때문에 이해하기 어려울지도 모른다. 그림1 (c)은 종이를 찢는 상황과 유사하다고 생각할 수 있다.

앞서 b의 크기와 방향은 임의의 값을 가진다라고 말했지만, 이것은 결정을 연속체로 간주했을 때의 이야기이며, 원자 배열까지 생각한 결정 중에서는 완전히 임의의 값을 가진다라고 말할 수 없다. 그 이유는 b만큼 슬립이 일어나도 결정 구조 자체가 변화하는 것은 아니기 때문이다. 결국, b는 결정의 병진벡터 중 하나와 일치 할 필요가 있다. 여기서, 병진 벡터는 그 벡터 만큼 결정을 평행 이동시켜도 평행 이동 전후에 원자 위치 (격자점)이 완전히 일치하는 벡터이다.

 

참고자료

[1] 加藤雅治: "入門転位論", 裳華房 (1999)