등방/비등방 이종재료 내의 특이성 해석과 단결정 내의 나선전위 코어 해석

Abstract

비등방/등방 재료(비등방 재료와 등방 재료가 접합되어 있는 재료)의 경우에는, 비등방재료의 해를 사용해서는 등방 재료의 해를 구할 수 없어, 비등방 재료를 등방 재료로 가정하여 그 해를 구하였다. 그러나 이렇게 얻은 해는 비등방 재료의 특성인 비등방성을 나타내지 못하는 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 비등방과 등방의 등가론을 적용하여 직선계면을 가지는 등방/비등방 이종재료 내의 특이성 해를 제시하였다. 또한 원형개재물 문제의 경우에는 면외 특이성(집중하중, 혹은 나선전위) 문제의 해도 등가론을 응용하여 구하였다. 고체 결정 내의 전위는 한 점에 집중되어 있지 않고 코어 영역이라 불리는 일정 영역에 분포되어 있다. 이 코어 영역은 TEM과 같은 실험적 방법이나 전산모사 방법을 사용하여 관찰이 시도되어 왔다. 실험적 방법으로는 분해능의 한계로 코어 부근의 탄성 변형장을 측정하는 것은 가능하나 코어 내부를 관찰하는 것이 거의 불가능 하였다. 그리고 전산모사 방법을 사용하면 코어를 포함한 전 영역에서 원자 위치는 얻을 수 있으나 코어 내부 영역은 비선형탄성 영역이므로 코어 구조 (버거스벡터 분포) 해석에 어려움이 있었다. 이런 이유로 코어 구조(또는 버거스벡터 분포)를 얻기 위해서는 코어 외부의 탄성변형장으로부터 비선형 탄성영역에서의 코어 구조를 얻을 수 있는 방법이 필요하였다. 탄성 변형장으로부터 비선형 탄성영역의 정보를 알아내는 방법으로는 Hong과 Kim등이 제안한 field projection (FP) 방법이 있다. 이들은 일 차원 cohesive 영역을 정의하고 FP 방법을 사용하여 cohesive영역 모델을 얻었다. 그러나 전위 코어 구조를 구하기 위해서는 이차원 영역에 적용할 수 있는 방법이 필요하였다. 이에 본 연구에서는 이차원 영역인 코어 영역에서의 나선 전위 코어 구조를 코어 외부의 탄성장으로부터 얻을 수 있는 domain field projection (DFP) 방법을 제안하였다. 이 방법을 사용하여 몇 가지 경계조건 하에서 면심입방구조를 가지는 Cu와 Ag 그리고 체심입방구조를 가지는 Mo의 전위 코어 구조를 살펴보았다. Cu와 Ag는 한 슬립면 위에 두 파셜이 위치하고 있고, Mo는 서로 다른 3면을 따라 전위가 분포하고 있음을 보았다. 부정합 에너지(stacking fault energy)차에세 예측할 수 있었던 파셜간의 거리차도 확인 할 수 있었다(Ag가 Cu보다 5배정도 넓다). 또하나 중요한 결과로는 전위가 받고 있는 힘과 전위의 이동거리 관계로부터 전위 슬립이 발생하기 전 전위중심점이 이동하고 있음을 관찰하였다. 또한 Ag는 Cu에 비해 상당히 낮은 Peierls 응력값을 가짐을 알 수 있었다.