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금속유리의 계기를 장치한 압흔 연구에 관한 개관(A survey of instrumented indentation studies on metallic glasses)

전문가 제언: □ 최근 연구에서 금속유리의 강화된 상(phase)이 무 정질재료의 고유성질인 제한된 전성을 완화시키는 징후가 있어 이 재료를 구조재로 사용할 가능성에 대한 새로운 관심과, 유리소성의 미세 및 나노 규모의 이해에 대한 새로운 필요가 발생했다. 나노 압흔 실험은 금속 유리에서 소성유동의 메커니즘을 설명하는데 중요한 역할을 할 것이다.

□ 소성변형은 가공경화 없이 발생한다. 전단 띠는 서로 얽히지 않고 활성적인 전단 띠의 밀도가 소성변형의 함수로 변하지 않기 때문에 금속유리는 완전한 소성재료로 간주될 수 있다. 미끄럼선장 이론(slip-line field theory)에 기초한 여러 모델이 쐬기, 원뿔, 및 구를 포함한 여러 기하형상의 압자에 의한 완전한 강 소성재료의 압흔을 위해 사용될 수 있다. 이들 모델의 공통점은 경도 H와 항복강도 σy 사이의 단순한 선형관계를 예측할 수 있는 것이다.

□ 단순한 경도나 강성측정을 넘어서, 계기를 장치한 압흔의 주된 사용의 하나는 압자 밑의 조직변화와 관련된 불연속 신호를 확인하는 것이다. 예를 들면 결정재료에서 관측된 변위파열이나 불쑥 튀어나옴은 전위핵생성이나 운동, 산화물파열, 또는 상 변태인 것으로 추정된다.

□ 물리적으로는, 율 효과가 본질적으로 전단 띠가 핵형성조절과정이라는 개념과 일치한다. 현미경적으로는, 전단 띠의 형성은 처음에 전단변태구역이라 부르는 10∼50 원자를 갖는 물질의 작은 체적요소의 국부적인 전단 변형에 의하여 발생한다. 압자속도가 약 0.5μm/s 이상에서 다수의 전단 띠 핵들이 압자 밑에 동시에 생성될 수 있다고 예상된다.

□ 계기를 장치한 나노 압흔 연구는 나노 기계적 성질의 특징부여를 위한 표준 도구 일 뿐 아니라 많은 형의 나노 규모의 물리적 현상의 연구에 귀중한 도구가 될 것이다. 경도, 탄성계수에 관련된 통상적인 접촉 역학의 응답 외에 파괴개시, 크리프, 온도변동에 따른 성질의 변화, 점성-탄성응답 등을 조사한다, 연구되는 재료의 종류는 금속, 세라믹, 폴리머뿐 아니라 박막, 이온 빔 조정, 분말, 복합재료, 미세분산상 혼합물, 나노 복합재료, MEMS 부품, 바이오 재료 등을 포함한다.

저자: Schuh, CA; Nieh, TG
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