Phase Transformation(상변태)

Phase Transformation(상변태)

상변태 & 평형

 상변태(Phase Transformation)는 물질이 하나의 상(phase)에서 다른 상으로 변태(Transformation) 되는 현상을 의미한다. 상변태는 3가지로 분류되는데 첫 번째는 상의 수나 조성이 변하지 않고 단순히 확산에 의해 변하는 변태이다. 예로 순수 금속의 응고와 동소변태, 재결정화 및 결정립 성장 등이 있다. 두 번째로 확산을 하면서 상의 수와 조성이 변하는 변태이다. 예로 최종 미세조직에 두상이 존재하는 공석 반응(Eutectoid reaction)이다. 세
번째로 확산이 없는 무확산(diffusionless) 변태이다.

상(Phase)

상이란 화학적인 조성과 물리적인 성질이 균일한 상태이며, 다른 상태와 경계면에 의해서 구분되어지는 부분이다.

성분(Component)

  여러 상에 있어 그 농도를 독립적으로 변화할 수 있는 구성원을 말한다.

자유도(Degree of Freedom)

상의 수에 영향을 주지않으며 독립적으로 변화가 가능한 압력(P), 온도(T)와 같은 세기 변수이다. 세기 변수를 쉽게 이해하기 위해서는 반대말을 보면 쉽다. 반대말로는 크기 변수가 있는데 이것은 부피와 같이 새로운 것이 생기면 생긴 만큼 커지는 것을 말한다. 세기 변수는 이와 반대로 30도의 물질에 같은 크기인 40도의 물질을 더한다고 70도의 물질이 되는 것이 아닌 것처럼 더한 만큼 커지는 것이 아닌 것을 세기 변수라고 한다.

 아래와 같은 식으로 자유도가 계산된다.

F = C – P + 2

P : 상(phase)의 수

C : 성분(Component)의 수

F : 자유도(Degree of Freedom)

2 : 2(숫자)로 정해서 사용하는 이유는 온도(T), 압력(P)인 두 조건이 모든 상에서 일정하다는 것을 의미한다. 일정하게 잡은 조건이 달라지면 이 숫자는 다른 조건에 맞추어 바뀐다.

핵생성(Nucleation) & 성장(Growth) 

 또한 상변태 과정은 크게 핵생성(nucleation)과 성장(growth) 단계로 나뉜다. 핵생성 단계는 매우 작은 입자들이 생성되는 단계이다. 핵생성 단계는 균일 핵생성과 불균일 핵생성으로 나뉜다. 균일 핵생성은 상 전체에 새로운 상이 균일하게 나타나는 것이고 불균일 핵생성은 구조적 불균일 지역에서 먼저 생성된다. 새로운 상 입자의 생성과 동시에 성장이 일어난다. 이 성장은 장거리 원자 확산에 의해 일어난다.

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