금속의 결정 구조에서 결정의 성장 중 수지상 결정(樹枝狀 結晶)에 해당하는 것은?
- 덴드라이트
- 공석강
- 면심 입방 격자
- 치환형 고용체
정답과 해설 보기
정답 ① · 문제는 결정 성장 형태 중 수지상 결정(수지상 결정)을 묻고 있다. 가지처럼 뻗어 나가는 수지상 성장 형태를 덴드라이트(dendrite)라고 하며 주조나 응고 과정에서 흔히 관찰된다.
금속 결정 성장 시 가지처럼 뻗어나가는 수지상 결정은 덴드라이트(Dendrite)라고 부릅니다.
개념 한 쪽
용접산업기사 금속결정구조 — 결정계·고용체·금속간화합물
금속 원자들은 규칙적으로 배열되어 특정 결정 격자를 형성한다는 점이 핵심이다. 대표적인 결정계로는 체심입방(BCC), 면심입방(FCC), 조밀육방(HCP)이 있다. 또한 다른 원자가 섞일 때의 고용 형태와 두 금속 이상이 결합해 새 물질을 만드는 금속간화합물의 개념을 구분해야 한다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「금속결정구조」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 결정격자 종류 판별 | 1 | BCC/FCC/HCP 중 표준 결정계를 골라 구별하는 능력 평가 |
| 고용체 유형 판단 | 1 | 원자 크기와 위치에 따라 침입형·치환형을 구분하는 능력 평가 |
| 금속간 화합물 판정 | 1 | 두 금속의 결합 형태가 고용체인지 화합물인지 판단하는 능력 평가 |
뜻
금속의 기본 결정 구조는 체심입방격자(BCC), 면심입방격자(FCC), 조밀육방격자(HCP)의 세 가지가 일반적으로 다뤄진다는 점을 기억한다. 이 세 구조는 금속의 물리적 성질과 상변태 거동을 이해하는 기초가 된다. 어떤 용어가 표준 분류에 속하지 않으면 배제하는 습관을 들인다.
결정 성장 과정에서 가지처럼 뻗어 나오는 형태를 수지상 결정이라 하며, 영어로는 덴드라이트(Dendrite)라 부른다. 용융 금속이 응고하면서 국부적인 열균일성 및 성장 조건에 따라 덴드라이트 형상이 형성된다는 점을 알아둔다.
합금에서 이종 원자가 섞이는 방식은 크기와 위치에 따라 구분된다. 섞이는 원자가 모재보다 작아 격자의 틈새나 결함에 들어가면 침입형 고용체가 되고, 크기가 비슷해 원자 자리를 대신하면 치환형 고용체가 된다. 이 구분은 합금의 기계적 성질과 격자 변형을 설명하는 근거가 된다.
서로 다른 금속 원소들이 일정한 원자비로 결합하여 원래의 금속들과는 다른 고유한 결정격자와 물성을 보이면 이를 금속간 화합물(Intermetallic Compound)이라 한다. 금속간 화합물은 고용체와 달리 기지 금속의 결정구조를 유지하지 않으므로 '새로운 결정격자 형성'이라는 표현을 보고 구별한다.
Fe-C 계처럼 온도에 따라 철의 결정구조가 바뀌는 동소변태 예를 통해 구조를 매칭하는 연습이 필요하다. 감마철(γ-Fe, 오스테나이트)은 면심입방격자(FCC)를 가지며, 알파·델타 계열의 페라이트는 체심입방격자(BCC)를 가진다는 사실을 연결하여 기억한다.
예제
문제 유형 예시는 다음과 같다. 결정계 구분 문제에서는 BCC, FCC, HCP 세 가지를 떠올리고 비표준 용어를 제거해야 한다. 수지상 결정 관련 문제에서는 '수지상=덴드라이트'라는 대응을 떠올려 정답을 고른다. 고용체 유형 판단 문제에서는 '작은 원자→틈새→침입형, 비슷한 크기→자리바꿈→치환형'이라는 규칙으로 오답을 배제한다. 금속간 화합물 판단 문제에서는 '일정한 원자비로 결합해 본래와 다른 결정격자 형성'이라는 문구를 보고 화합물로 판정한다.
대표 기출 3문항
Fe-C 평형상태도에서 ɤ-철의 결정구조는?
- 면심입방격자
- 체심입방격자
- 조밀육방격자
- 혼합결정격자
정답과 해설 보기
정답 ① · 문제는 Fe-C 평형상태도에서 감마(ɤ)철의 결정구조를 묻고 있다. 감마철(오스테나이트)은 고온구간에서 철의 동소체로 존재하며 면심입방격자(FCC) 구조를 가진다.
Fe-C 평형상태도에서 ɤ-철(오스테나이트)은 912~1394℃에서 안정한 면심입방격자 구조를 가진다.
두 종 이상의 금속 원자가 간단한 원자비로 결합되어 성분 금속과는 다른 성질을 가지는 독립된 화합물을 형성할 때 이것을 무엇이라고 하는가?
- 동소 변태
- 금속간 화합물
- 고용체
- 편석
정답과 해설 보기
정답 ② · 질문은 두 종 이상의 금속 원자가 일정한 원자비로 결합하여 구성 금속과 다른 성질을 갖는 독립적인 물질을 무엇이라 부르는지 묻고 있다. 이런 경우를 금속간 화합물(intermetallic compound)이라고 하며 일정한 화학적 조성과 독특한 결정구조를 가진다.
금속 원자가 정해진 원자비로 결합하여 새로운 성질의 화합물을 형성하는 것을 금속간 화합물이라 한다.
자주 묻는 물음
- 금속에서 가장 흔한 결정구조는 무엇인가?
- 체심입방(BCC), 면심입방(FCC), 조밀육방(HCP)의 세 가지가 금속에서 가장 흔한 결정구조라고 본다.
- 침입형 고용체와 치환형 고용체는 어떻게 구분하나?
- 섞이는 원자가 모재보다 작아 격자 틈새나 결함에 들어가면 침입형 고용체이고, 크기가 비슷해 원자 자리를 대신하면 치환형 고용체라고 본다.
- 금속간 화합물의 특징은 무엇인가?
- 서로 다른 금속 원소들이 일정한 원자비로 결합해 원래 금속들과 다른 결정격자와 성질을 보이면 금속간 화합물로 본다.
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