쌍정과 쌍정 변형 / twin boundaries and twin deformation

트윈 경계 (twin boundaries)

트윈 경계는 서로 거울상인 두 개의 결정 영역을 구분하는 경계입니다. 트윈은 쌍정이라고도 합니다. 거울 격자 대칭을 갖는 결정립계의 한 유형입니다. 트윈 경계는 결정립의 결정 구조가 가상 평면을 가로질러 복제되어 거울 방향으로 두 개의 동일한 결정 영역을 생성할 때 발생합니다. 트윈 경계 자체는 이 두 결정립 영역이 만나는 경계를 말합니다. 트윈 경계는 금속, 세라믹 및 광물을 포함하여 다양한 재료에서 발생할 수 있습니다. 트윈 경계는 재료의 속성에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 쌍정 영역의 결정 구조 및 방향에 따라 재료의 기계적, 전기적, 열적 및 자기적 특성에 영향을 미칠 수 있습니다. 트윈 경계는 또한 전위 및 입계와 같은 결함의 거동에 영향을 미칠 수 있으며 부식 및 기타 형태의 열화에 대한 재료의 저항에 영향을 줄 수 있습니다. 전위의 이동을 방해하고 파괴에 대한 저항성을 향상시켜 재료의 강도와 인성을 향상시킬 수 있습니다.

인가된 기계적 전단력 또는 변형 후 열처리 중에 발생하는 원자 변위에 의해 쉽게 생성됩니다. 쌍정은 FCC 결정 구조를 가진 금속에서 일반적으로 발견되는 열처리 쌍정과 BCC 및 HCP 금속에서 관찰되는 기계적 쌍정으로 결정 구조에 따라 특정 결정학적 평면과 특정 방향에서 발생합니다. 열처리 쌍정은 종종 다결정 황동과 같은 금속에서 관찰되며 상대적으로 직선적이고 평행한 면을 갖는 영역이며 결이 얽혀 있지 않은 영역과는 시각적 대비가 다릅니다.

 

트윈 변형 (twin deformation)

트윈 변형은 트윈 경계의 형성 및 이동에 의해 재료가 변형되는 소성 변형의 한 유형입니다. 결정질 물질에서 결정이 특정 결정학적 평면을 따라 전단 변형을 겪을 때 쌍정이 형성되어 평면의 양쪽에 거울상 구조가 생깁니다. 트윈 변형 중에 재료는 트위닝이 발생하는 변형 프로세스를 거치게 됩니다. 이는 재료가 특정 방향으로 응력을 받거나 온도 변화를 겪을 때 발생할 수 있습니다. 재료에 트윈 경계가 형성되면 다중 트윈 평면이 형성되어 재료의 강도와 연성이 크게 증가할 수 있습니다. 쌍정 변형은 금속, 세라믹, 폴리머를 포함한 다양한 종류의 재료에서 관찰됩니다. 금속에서 쌍정 변형은 전위의 이동을 통해 발생할 수 있으며 쌍정은 마그네슘 및 티타늄과 같은 일부 금속에서 일반적인 변형 모드입니다. 세라믹에서 트위닝은 종종 고도로 국부적인 소성 변형 영역인 전단 밴드의 형성과 관련이 있습니다. 폴리머에서 트위닝은 반결정질 폴리머의 변형 중에 발생할 수 있습니다.

트윈 변형은 결정질 재료의 소성 변형의 중요한 메커니즘이며 많은 재료의 기계적 특성을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다.

twin boundary [1]

 

참고

[1] William D. Callister Jr., David G. Rethwisch, Materials Science and Engineering