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용융금속 및 합금의 미세구조

전문가 제언: ○ 용융금속(합금포함)의 원자 배치와 구조에 대하여는 X-선회절이나 중성자회절 시험을 통하여 많이 연구되어 왔으며 구성 성분의 거동이나 용체의 성질을 계산하는 여러 가지 열역학적 구조 모델도 많이 제안되어 왔다. 특히 액상금속으로 간주되는 비정질금속(아모르퍼스 금속)의 특징을 이용하는 신소재 개발의 기초 분야로 용융금속 또는 비정질금속의 미세구조에 대한 연구는 큰 의미를 갖는다.

○ 액상금속(또는 비정질금속)에서는 원자 배열의 “단 범위 규칙성”이 존재하나 “장 범위 규칙성”은 없기 때문에 X-선회절에서 결정면으로부터 강하게 반사되는 예리한 피크를 나타내는 고체 결정과는 달리 액상금속은 완만한 피크를 나타내는 것이 특징이다. 또 결정금속과 비정질금속은 구조적으로 뿐만 아니라 조성으로도 매우 다른 특징을 갖는다.

○ 비정질금속은 결정이방성이 없는 등방적 성질을 가지며 또 결정 재료에서 나타나는 격자 결함, 입계, 편석 등의 국부적인 불균일이 없는 균질성을 갖는다. 따라서 광범위한 조성의 조합이 가능하고 구성 원소가 균일한 고용 상태를 이루므로 조성에 의하여 합금의 성질을 크게 변화시킬 수 있다. 비정질 금속이 갖는 이와 같은 두 가지 특징을 이용하면 결정 재료에서는 얻을 수 없는 우수한 재료 특성의 창출이 가능하다.

○ 비정질금속은 용융금속으로부터 결정핵이 생성, 성장하는 속도보다 빠른 속도로 응고시켜 얻을 수 있으며 공정조성의 합금인 경우에는 대략 ~106℃/sec의 냉각 속도가 필요하다. 현재 가장 많이 실용되고 있는 비정질합금은 연자성 재료로 변압기의 철심재, 자기헤드, 자기필터, 트랜스듀서 등에 이용된다.

○ 비정질금속은 연자성, 광자기효과, 초전도성, 자왜성 등의 기능적 성질 뿐 만 아니라 강인성, 내식성 등 구조재료로도 매우 유망하다. 앞으로 원자단위의 배열이나 전자 상태를 제어해서 새로운 성능을 갖는 신재료의 창출이 기대된다. 다만 제조법의 한계 때문에 리본, 파이버, 분말 등의 형상으로 이용되고 있으므로 용도 확대를 위해 벌크재의 양산기술개발도 필요하다.

저자: Y Waseda
자료유형: 학술정보