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과학

입계

입계과학
영어
Grain boundary
다른 이름
결정립계
결함 분류
면 결함
구별할 경계
서로 다른 상 사이의 상경계
입계는 같은 상의 서로 다른 결정립이 만나는 경계다. 양쪽 결정의 원자 배열 방향이 달라 경계 부근에서 규칙적인 격자 배열이 어긋나며, 다결정 재료의 미세구조와 성질에 영향을 준다.

같은 물질 안의 다른 방향

하나의 금속 조각도 여러 방향의 작은 결정립들이 모인 다결정일 수 있다. 각 결정립 내부는 주기적이지만 서로 만나는 면에서는 배열을 그대로 이어 붙이기 어렵다. 원소 조성이 같다는 사실만으로 단결정이라고 할 수는 없다.

선처럼 보이는 경계

단면 현미경 사진에서는 입계가 선처럼 보일 수 있지만 실제로는 결정립을 둘러싸는 삼차원 속의 면이다. 그 면은 반드시 평평하지 않고 휘거나 작은 면들로 나뉠 수 있다. 한 단면의 선 모양만으로 전체 입계의 형상을 모두 알 수는 없다.

에너지와 이동

입계에는 완전한 결정 내부와 다른 원자 배치에 따른 초과 에너지가 있다. 적절한 조건에서 결정립이 성장하면 전체 입계 면적이 줄어드는 방향으로 에너지가 낮아질 수 있다. 그러나 실제 성장 속도는 원자 이동과 불순물 등에도 영향을 받아 에너지 감소 방향만으로 시간을 정할 수는 없다.

점 결함과 불순물

입계는 공공이나 격자 사이 원자 같은 점 결함을 흡수하거나 내보내는 장소가 될 수 있다. 불순물이 입계에 더 많이 모이는 편석도 가능하다. 이런 효과는 경계 구조와 물질에 따라 달라지므로 모든 입계를 빈틈이나 균열과 같은 것으로 취급해서는 안 된다.

관련 문서

결정 / 공공 (결정학) / 전위 (결정학) / 고체 확산 / 단위 격자 / 금속 / 깁스 에너지 / 온도