1. 전위의 성질
전위선은 결정 내에서 끝날 수 없고 전위선은 표면에서 끝나거나 루프(폐곡선)를 만들거나 마디(mode)에서 다른 전위와 만날 수 없다는 성질을 가지고 있습니다. Burgers 백터는 전위의 변하지 않는 양입니다.
2. 전위의 종류
전위의 종류에는 칼날전위, 나사전위, 혼합전위, 활주전위 이렇게 4가지 종류의 전위가 있습니다.
1) 칼날전위
칼날전위는 완전한 결정을 일부 절단한 다음 절단면에 평행하고 절단부와 비절단부의 경계선에 수직 되게 면을 서로 한 원자 거리만큼 변위 시켜 다시 붙여서 얻어지게 됩니다. 칼날전위는 잉여반면의 정도가 활주(滑走)에 의해 변하지 않고 원자배열이 어긋나게 되어 선모양의 결함이 생기는 것이 특징입니다.
선결함을 칼날전위하고 하며 칼날전위에서는 양(陽)의 축을 포함하는 면에 잉여면이 있습니다. 양의 칼날전위(부호: ㅗ)를 살펴보면 Burgers 벡터가 축의 양의 방향으로 향하고 부호의 수평선은 슬립면을 나타내고 수직선은 여분의 면을 나타냅니다. 음(陰)의 칼날전위(부호: T)는 여분의 면이 슬립면의 아래에 있는 경우를 말합니다. 칼날전위는 전위선과 Burgers 벡터가 서로 수직이며 전위선과 수직인 슬립계단이 생기는 것이 특징입니다.
2) 나사전위
나사전위는 부분 절단면을 절단부와 비절단부의 경계선에 평행하게 한 원자거리만큼 변위 시킨 다음 다시 붙이면 얻어지게 됩니다. 나사전위는 여분의 원자면이 없으며 오른손 나사의 성질을 가지고 있습니다. 오른손 나사의 전위를 양의 나사전위, 왼손 나사의 전위를 음의 나사전위라 하고 나사전위는 전위선과 같은 방향의 슬립계단이 생기는 것이 특징입니다. 나사전위의 운동은 항상 보존운동이며 항상 활주전위입니다.
3) 혼합전위
결정 내에서는 전위가 순수한 칼날전위이거나 순수한 나사전일 경우는 매우 드물고 두 가지 성격이 혼합된 경우가 많으며 이때의 전위를 혼합전위라고 합니다.
4) 활주전위(glide dislocation)
Burgers 벡터가 슬립면에 놓여 있는 전위 입니다. 결정 내에서 비교적 쉽게 이동할 수 있고 이동하는데 재료의 확산이 필요 없고 활주전위의 운동은 보존운동입니다.
3. 전위의 강도
임의의 전위의 강도를 나타내는 방법을 알아보도록 하겠습니다. 전위의 양(陽)의 방향을 단위벡터로 나타내고 전위를 가진 결정과 완전한 결정을 비교합니다. 완전한 결정경계에다가 단위벡터에 대해서 오른손 나사의 의미로 하나의 참고 폐곡선을 그리고 회로의 출발 전에서 끝나는 점가지를 연결하는 벡터가 전위의 강도를 나타내며 전위의 Burgers 벡터라고 합니다.
4. 전위의 이동에 의한 슬립
전위의 이동에 대해 정당화 조건과 슬립의 모델, 슬립면의 원자배열을 통해 알아보도록 하겠습니다.
먼저 전위의 개념의 정당화 조건을 살펴보면 결정 내에서 전위가 이동하는데 필요한 응력이 이론 전단응력보다 훨씬 작아야 합니다. 전위의 이동으로 재료의 자유표면에 슬립계단이 생성되어야 하고 슬립의 모델은 완전한 결정에서 슬립면 아래와 위의 모든 원자는 최소의 에너지 위치에 있습니다. 전단응력이 결정에 작용할 때 이동에 반대하는 힘이 모든 원자에 똑같이 작용하게 됩니다.
전위를 가진 결정의 슬립면의 원자배열을 보면 전위의 중심에서 멀리 떨어진 원자들은 최소에너지 위치에 놓여 있으나 중심에 있는 원자는 그렇지 않은 것을 알 수 있습니다. 전위 주위의 원자는 잉여반면에 대하여 대칭으로 놓여 있고 전위가 이동할 때 잉여반면의 한쪽은 이동을 방해하고 반대쪽은 돕게 되어 전위를 이동시키는데 필요한 응력은 근사적(近似的)으로 0이 됩니다. 응력을 받았을 때 전위의 폭이 클 경우가 전위의 폭이 작을 경우보다 더 쉽게 슬립을 하게 됩니다.
결정구조가 복잡하고 조밀면과 조밀 방향이 없으면 전위가 움직이지 못하지만 고온에서는 열적 운동이 활발하여 덜 치밀한 면과 방향에서도 슬립이 가능하게 됩니다. 칼날전위의 이동방향으로 슬립계단이 생기고 나사전위의 이동방향과 수직방향의 슬립계단이 생기게 됩니다. 혼합전위는 전위의 이동으로 Burgers 벡터 크기의 슬립계단이 생깁니다.
5. 전위의 폭
전위의 주위에 원자가 서로 어긋나게 배열되어 있는 영역을 말한다. 이 영역은 계면에너지를 가질 수 있습니다. 전위의 폭이 작을수록 계면에너지는 작아지게 되고 슬립방향으로 원자의 간격이 원자의 평형간격에 가까워지기 때문에 결정의 탄성 변형에너지는 작아지게 됩니다.
전위의 평형폭은 2가지 에너지의 변화 사이의 균형에 의하여 결정되는데 원자의 압축률이 작거나 슬립면에서의 결합의 전단저항이 작으면 전위폭은 커지게 됩니다. 원자의 압축률이 크고 슬립면에서의 결합의 전단저항이 크면 전위의 폭은 작아집니다. 이처럼 전위의 폭이 작으면 많은 원자가 최소에너지 자리에 있고 전위의 폭이 크면 많은 원자가 불안정한 평형 자리에 있습니다. 연성이 좋은 금속에서는 전위의 폭이 원자 간격의 10배 정도이지만 방향성 공유결합을 가진 요업재료에서는 계면에너지가 크고 전위의 폭이 좁아 움직이기 어려울 수밖에 없습니다.