결정 구조와 밀러 지수

SC·BCC·FCC·HCP의 배위수와 충진율, 단위정으로부터 구하는 밀도, 밀러 지수와 면간 거리 계산을 3지선다 문제로 확인합니다. 결정학의 기초를 수치로 다질 수 있습니다.

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결정 구조와 밀러 지수 핵심 정리

금속의 대부분은 체심 입방(BCC), 면심 입방(FCC), 조밀 육방(HCP) 중 하나의 결정 구조를 가집니다. 배위수는 BCC가 8, FCC와 HCP가 12이며, 원자 충진율은 BCC가 약 0.68, FCC와 HCP가 약 0.74입니다. 단위정에 포함된 원자 수(BCC는 2개, FCC는 4개)와 격자 상수를 알면 밀도를 계산할 수 있습니다.

결정의 면과 방향은 밀러 지수로 나타냅니다. 면의 지수는 각 축과의 절편의 역수를 가장 작은 정수비로 나타낸 것입니다. 입방정에서는 면간 거리를 d = a/√(h² + k² + l²)로 구할 수 있으며, [hkl] 방향은 (hkl)면에 수직입니다. 이러한 내용은 슬립계와 XRD 피크를 이해하는 토대가 됩니다.

결정 구조와 밀러 지수 문제 목록(12문제)

  1. 면심 입방 격자(FCC) 금속에서 1개의 원자와 가장 가까운 거리로 접하고 있는 원자의 수(배위수)는 얼마인가?
  2. 체심 입방 격자(BCC)의 단위정에 실질적으로 포함되는 원자의 수는 얼마인가?
  3. 원자를 같은 크기의 강체구로 보았을 때, FCC 구조의 원자 충진율(단위정의 부피에서 원자의 부피가 차지하는 비율)은 얼마인가?
  4. BCC 구조에서 격자 상수 a와 원자 반경 r의 관계로 옳은 것은 무엇인가? 원자는 강체구이며, 가장 가까운 원자끼리 접하고 있다고 한다.
  5. 구리는 FCC 구조이며 격자 상수는 0.3615 nm, 몰질량은 63.55 g/mol이다. 아보가드로 상수를 6.022×10²³ mol⁻¹로 하여 구리의 밀도를 계산하면 얼마에 가장 가까운가?
  6. α철(BCC)의 격자 상수를 0.2866 nm라고 하면, 강체구 모델에서의 원자 반경에 가장 가까운 것은 무엇인가?
  7. 입방정에서 x축과 1a, y축과 2a에서 만나고, z축과는 평행하여 만나지 않는 면의 밀러 지수는 무엇인가?
  8. FCC 금속의 조밀면과 조밀 방향의 조합으로 옳은 것은 무엇인가?
  9. 알루미늄(FCC, 격자 상수 0.405 nm)의 (111)면의 면간 거리에 가장 가까운 것은 무엇인가?
  10. 이상적인 조밀 육방 구조(HCP)에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
  11. 입방정에서 [100] 방향과 [111] 방향이 이루는 각에 가장 가까운 것은 무엇인가?
  12. 순철은 912℃에서 BCC인 α철(격자 상수 0.2904 nm)에서 FCC인 γ철(격자 상수 0.3647 nm)로 변태한다. 이때 원자 1개당 부피의 변화로 옳은 것은 무엇인가? 격자 상수는 모두 912℃에서의 값으로 한다.

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