전위(dislocation)이란 무엇인지 설명해보세요.

결함(defects)이란 원자 단위의 격자구조에서 여러 가지 형태(타 원자의 침입, 원자의 부재 등)로 규칙이 파괴된 상태를 일컫는다. 선결함은 매우 중요한 결함의 한 종류로, 격자 내에 있는 원자들이 국부적으로 정상적인 원자배열에서 이탈됨에 따라 형성된 1차원적 결함이다. 이러한 형태의 선결함을 전위(dislocation)라고 부른다.

이러한 전위는 여러 가지 요인에 의하여 형성되며 그 요인들은 다음과 같다.

(1) 결정성장 과정에서 일어난 “실수”

(2) 결정 내에 존재하는 다른 종류의 결함에 의해 생겨난 내부응력

(3) 소성변형 중 일어나는 이미 존재하고 있는 전위들 간의 상호작용.

결정질 재료 내에는 전위가 반드시 존재한다. 금속은 결정질 재료이므로 금속 내에는 전위가 반드시 존재한다. 이러한 전위의 존재는 선결함이 존재하지 않는 이상적인 결정질 재료보다 선결함이 존재하는 결정질 재료가 훨씬 작은 힘에 의해서도 슬립에 의해 소성변형 됨을 설명해줄 수 있다. 소성변형이란 격자 내에 있는 원자들이 힘이 가해지는 방향으로 서로 미끄러지면서 영구적인 변위가 일어나는 현상을 일컫는다. 이는 전위의 이동(전위 활주, dislocation glide)에 의해 일어나는데, 이때, 원자의 부재에 의해 형성된 전위에서는 끊어야 할 원자간 결합이 적어(하나의 원자열과 관련된 결합들만 끊으면 된다.) 원자가 모두 채워진 부분보다 국부적으로 낮은 힘에 의하여 변형이 발생하게 된다.

위에서 언급한 바와 같이 결정의 소성변형은 전위의 이동에 의해 일어나므로 금속의 강도는 전위의 거동에 따라 설명할 수 있다. 금속의 강도가 비교적 낮은 이유는 전위들이 금속 내를 쉽게 활주할 수 있기 때문이다. 따라서 전위들이 금속 내에서 활주하는 것을 어렵게 만든다면 금속의 강도를 증가시킬 수 있다. 이러한 개념에 따라 여러 가지 강화기구가 개발되었으며 이는 전위를 금속 내에서 아예 제거하거나 전위의 움직임을 방해함으로써 실현된다. 후자의 강화기구로서는 용질 원자 첨가, 가공경화, 결정립 미세화, 석출경화 등이 있다.

전위의 이동(활주)에 따른 원자의 변위는 전위를 둘러싸는 회로를 형성해 봄으로써 알아 낼 수 있다. 전위를 둘러싸는 회로를 버거스 회로(Burger's circuit), 회로의 끝점과 시작점을 이어주는 벡터를 버거스 벡터(Burger's vector)라고 부르며, 이 두 가지 요소를 통하여 전위의 거동을 분석할 수 있다. 또한 이 버거스 벡터를 이용하여 여러 가지 전위를 분류할 수 있으며, 전위의 종류로는 칼날전위(edge dislocation), 나선전위(screw dislocation)가 있고, 이 두 가지 종류가 혼합된 형태로 혼합전위가 있다.