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금속시스템에서 상태도와 유리질 형성

전문가 제언: ○ 순수 물질은 각각 고유한 융점을 가지고 있다. 그러나 순수 물질이 아닌 다른 물질들로 형성되어 있는 경우에는 융점이 달라진다. 이 경우 융점은 화합물(합금 등)에 포함되어 있는 혼합물질들의 몰분율에 따라 다른 융점을 나타낸다.

○ 그러므로 몰분율을 다르게 혼합하여 화합물의 융점을 측정하여 상태도(Phase diagram)를 작성할 수 있고 공정점(eutectic point)을 결정할 수 있다. 물질의 용융은 고-액상이 서로 평형을 이루면서 온도의 변화가 일어나지 않는 상태로 된다.

○ 융점에서는 고체상과 액체상의 증기압이 같고 결정성 고체의 융점은 그 결정에 대한 고유온도가 존재하기 때문에 융점의 측정은 결정체를 확인할 수 있다. 즉 외부압력(대기압)에서 고체와 액체의 평형상태는 온도와 조성의 함수로 정의된다. 또한 순수결정화물은 Gibbs자유에너지에 의해 고-액 평형을 이루기 때문에 고액평형조건이 중요한 파라미터가 된다.

○ 액체가 냉각할 때 융점이하에서도 고체상이 존재하지 않는 과냉이 일어난다. 이것은 결정화 발생에서 주변에 고체화할 수 있는 핵이 없으면 핵형성이 어려워 원자가 결정격자를 생성하는 데 시간이 필요하기 때문이다. 그러므로 고체상이 완전히 사라지는 온도(융점)와 액체상이 처음 나타나는 하한온도를 체크하는 것도 상태도에서 중요한 인자가 된다.

○ 본 자료에서는 액체상에서 고체상으로 전이하는 유리질 형성의 가능성을 분석하였다. 상태도는 상에 대해 조성과 온도에 따라 나타나기 때문에 열역학적 모델이 필요하며 이러한 모델은 CALPHAD 접근이 유용하게 이용될 수 있음을 몇 가지 2원 시스템(2성분계)과 3원 시스템에 대해 예를 들어 설명하였다.

○ 그러므로 이 자료는 향후 CALPHAD법으로 화합물에 존재하는 혼합물의 열역학적 성질과 상의 열역학적 거동을 해석할 경우 유용한 참고자료가 될 수 있을 것으로 생각된다.

저자: Baricco, M; Palumbo, M; AF Baricco, Marcello; Palumbo, Mauro
자료유형: 학술정보