재료과학 용어집

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면심 입방 격자

정육면체의 꼭짓점과 각 면의 중심에 원자가 있는 결정 구조(FCC). 단위정의 원자는 4개, 배위수 12, 충진율 약 0.74. Cu, Al, Ni 등.

밀러 지수

결정의 면이나 방향을 나타내는 정수의 조합. 면은 각 축과의 절편의 역수를 가장 작은 정수비로 만들어 (hkl)로 쓰고, 방향은 [uvw]로 쓴다.

원자 충진율

원자를 강체구로 보았을 때 단위정의 부피에서 원자의 부피가 차지하는 비율. SC는 약 0.52, BCC는 약 0.68, FCC와 HCP는 약 0.74.

조밀 육방 구조

조밀 충진면을 ABAB… 순서로 쌓은 결정 구조(HCP). 배위수 12, 이상적인 c/a는 약 1.633. Mg, Ti, Zn 등.

체심 입방 격자

정육면체의 꼭짓점과 중심에 원자가 있는 결정 구조(BCC). 단위정의 원자는 2개, 배위수 8, 충진율 약 0.68. α철, Cr, W 등.

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공공

결정의 격자점에서 원자가 빠진 점결함. 평형 농도는 exp(−Q/kT)에 따라 온도와 함께 증가하며, 치환형 원자의 확산을 담당한다.

버거스 벡터

전위 주위를 한 바퀴 도는 회로가 닫히지 않고 어긋나는 양을 나타내는 벡터. FCC의 완전 전위에서는 (a/2)<110>. 전위의 종류와 에너지를 결정한다.

전위

결정 속 원자 배열이 선 모양으로 흐트러진 결함. 전위가 슬립면 위를 움직임으로써 금속이 소성 변형한다. 칼날 전위, 나선 전위, 혼합 전위가 있다.

픽의 법칙

확산의 기본 법칙. 제1법칙은 확산 플럭스가 농도 구배에 비례한다는 J = −D(dC/dx), 제2법칙은 농도의 시간 변화 ∂C/∂t = D(∂²C/∂x²)를 나타낸다.

확산 계수

원자가 확산하기 쉬운 정도를 나타내는 계수 D로, 단위는 m²/s. 온도에 대해 아레니우스형 D = D₀exp(−Q/RT)로 의존한다.

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0.2% 내력

뚜렷한 항복점이 없는 재료에서, 하중을 제거한 뒤 0.2%의 영구 변형률이 남는 응력. 탄성 영역의 직선을 0.2% 평행 이동한 선과 곡선의 교점으로 구한다.

영률

탄성 영역에서 응력과 변형률의 비 E = σ/ε. 원자 간 결합으로 정해지며, 강은 약 200 GPa, 알루미늄은 약 70 GPa이다. 열처리로는 거의 변하지 않는다.

크리프

일정한 하중 아래에서 시간에 따라 변형이 진행되는 현상. 대략 융점(절대 온도)의 0.4배 정도 이상에서 두드러지며, 천이·정상·가속의 3단계를 거쳐 파단한다.

파괴 인성

균열이 있는 재료가 파괴에 저항하는 능력. 응력 확대 계수의 임계값 K_IC(단위 MPa·√m)로 나타내며, K = Yσ√(πa)와 비교해 파괴를 판정한다.

피로 한도

반복 하중을 받아도 사실상 파단하지 않게 되는 응력 진폭의 한계. 탄소강에서는 10⁶~10⁷회 부근에서 나타나는 경우가 많고, 알루미늄 합금에서는 뚜렷하지 않다.

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뒬롱-프티 법칙

실온 부근에서 많은 고체 원소의 몰 비열이 약 3R(약 25 J/(mol·K))이 된다는 법칙. 고온에서 격자 진동의 고전적 극한에 해당한다.

디바이 온도

격자 진동의 최고 진동수를 에너지를 통해 온도로 환산한 값. 이보다 충분히 낮은 온도에서는 격자 비열이 T³에 비례하고, 고온에서는 약 3R에 가까워진다.

비데만-프란츠 법칙

금속의 열전도율 κ와 전기 전도도 σ의 비가 절대 온도에 비례해 κ = LσT가 된다는 법칙. L은 로렌츠 수로 약 2.44×10⁻⁸ W·Ω/K².

선팽창 계수

온도가 1 K 올랐을 때 길이 변화의 비율. 원자 간 퍼텐셜의 비조화성에서 생기며, 결합이 강하고 융점이 높은 재료일수록 작은 경향이 있다.

열확산율

열전도율을 부피당 비열로 나눈 양 α = κ/(ρc). 온도 변화가 재료 속을 전해지는 빠르기를 나타내며, 단위는 m²/s.

움클랍 과정

운동량의 합이 역격자 벡터만큼 바뀌는 포논끼리의 산란. 열 흐름을 상쇄하며, 고온에서 절연체의 열전도율이 낮아지는 주된 원인이 된다.

인바

Fe-36%Ni 합금. 자기 부피 효과가 보통의 열팽창을 상쇄해, 실온 부근의 선팽창 계수가 약 1×10⁻⁶ K⁻¹로 매우 작다.

포논

결정의 격자 진동을 양자화한 입자와 같은 것. 절연체의 열전도와 비열을 담당하며, 전자 산란의 원인도 된다.

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공석 반응

냉각할 때 하나의 고상에서 두 고상이 동시에 생기는 반응. 강에서는 0.76 wt%C, 727℃에서 γ → α + Fe₃C가 일어나 펄라이트가 생긴다.

공정 반응

냉각할 때 액상에서 두 고상이 동시에 정출하는 반응 L → α + β. 이원계에서는 일정한 온도와 일정한 조성에서 일어나며, 층상 등의 공정 조직이 생긴다.

깁스 상률

평형 상태의 자유도 F를 성분 수 C와 상의 수 P로부터 F = C − P + 2로 주는 법칙. 압력이 일정한 응축계에서는 F = C − P + 1을 쓴다.

지렛대 법칙

상태도의 2상 영역에서 각 상의 질량 분율을 연결선(tie line) 위의 거리 비로 구하는 규칙. 상의 분율은 합금 조성에서 반대쪽 상까지의 거리에 비례한다.

펄라이트

강의 공석 반응으로 생기는, 페라이트와 세멘타이트가 번갈아 층상으로 배열한 조직. 냉각이 빠를수록 층 간격이 미세해지고 단단해진다.

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경화능

담금질로 마르텐사이트를 얻을 수 있는 깊이(담금질이 잘 되는 정도). Mn, Cr, Mo 등의 합금 원소가 TTT 선도의 노즈를 장시간 쪽으로 옮기면 높아진다.

마르텐사이트

오스테나이트를 급랭했을 때 확산을 수반하지 않는 전단형 변태로 생기는 조직. 강에서는 탄소를 과포화로 고용한 체심 정방정이며, 매우 단단하다.

석출 경화

용체화 처리, 급랭, 시효를 통해 미세한 석출물을 분산시켜 전위의 운동을 방해함으로써 강화하는 방법. Al-Cu 합금 등에 쓰이며, 시효가 너무 길면 과시효로 연화한다.

템퍼링(뜨임)

담금질한 강을 A1점(727℃)보다 낮은 온도로 다시 가열하는 열처리. 경도를 낮추는 대신(온도가 높을수록 더 많이 낮아진다) 인성을 되살리고 내부 응력을 줄인다.

홀-페치 관계

항복 응력이 결정립 크기 d의 제곱근에 반비례해 증가하는 관계 σy = σ₀ + k/√d. 결정립계가 전위의 운동을 방해하므로 결정립이 미세할수록 강해진다.

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수축공

주물에서 응고에 따른 부피 수축을 용탕으로 보충하지 못한 부분에 생기는 공동. 마지막에 응고하는 두꺼운 부분에 생기기 쉬우며, 압탕과 응고 순서의 설계로 막는다.

스프링백

굽힘 등의 가공 후 하중을 제거했을 때 탄성 회복으로 형상이 되돌아가는 현상. 항복 응력이 높고 영률이 낮은 재료일수록 크다.

압출

컨테이너에 넣은 빌릿을 램으로 밀어 다이의 구멍으로 밀어내, 단면이 일정한 긴 제품을 만드는 소성 가공. 알루미늄 형재가 대표적인 예이다.

열간 등압 성형

고온에서 불활성 기체로 모든 방향에서 똑같이 고압을 가해, 분말을 치밀화하거나 주물이나 소결체 내부의 닫힌 기공을 없애는 방법. HIP.

예민화

스테인리스강이 약 500~800℃로 가열되어 결정립계에 Cr 탄화물이 석출하고 그 주위의 Cr이 결핍되어, 입계 부식이 일어나기 쉬워지는 현상.

용접 열영향부

용접에서 녹지는 않았지만 용접열로 조직과 성질이 변한 모재 부분. HAZ라고도 한다. 경화, 연화, 결정립 조대화, 예민화 등이 일어난다.

인베스트먼트 주조

왁스 모형을 내화물로 덮어 굳히고, 왁스를 녹여 낸 주형에 용탕을 붓는 정밀 주조법. 로스트 왁스법이라고도 하며, 터빈 블레이드 등에 쓴다.

탄소 당량

강의 합금 원소가 경화능을 높이는 효과를 탄소량으로 환산해 합한 값. Ceq가 높은 강일수록 용접 열영향부가 경화해 저온 균열이 일어나기 쉽다.

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깁스 에너지

G = H − TS로 정의되는 상태량. 온도와 압력이 일정한 조건에서는 G가 감소하는 방향으로 변화가 자발적으로 진행되며, G가 최소인 상태가 평형이 된다.

스피노달 분해

자유 에너지 곡선이 위로 볼록한 조성에서, 조성의 요동이 핵 생성 장벽 없이 성장해 두 상으로 나뉘는 상분리. 업힐 확산으로 주기적인 조직이 생긴다.

엘링엄 도표

산화물 등의 표준 생성 깁스 에너지 변화를 O₂ 1 mol당으로 맞추어 온도에 대해 그린 도표. 아래쪽에 선이 있는 금속일수록 안정한 산화물을 만든다.

정규 용액

혼합 엔트로피는 이상 용액과 같다고 보고, 혼합 엔탈피를 Ωx(1 − x)로 둔 용액 모델. Ω가 양이면 저온에서 용해도 갭이 나타난다.

평형 산소 분압

금속과 그 산화물이 평형으로 공존하는 산소 분압. ΔG° = RT ln pO₂로 구하며, 분위기의 산소 분압이 이보다 높으면 금속이 산화되고 낮으면 산화물이 환원된다.

혼합 엔트로피

혼합으로 원자를 배열하는 방법의 수가 늘어나 생기는 엔트로피. 이상 용액에서는 −R[x ln x + (1 − x) ln(1 − x)]이며, x = 0.5에서 최대가 된다.

화학 퍼텐셜

성분을 1 mol 더했을 때 계의 깁스 에너지가 증가하는 정도(부분 몰 깁스 에너지). 상평형에서는 각 성분의 화학 퍼텐셜이 모든 상에서 같아진다.

활동도

용액이나 고용체 속 성분의 열역학적인 유효 농도로, μ = μ° + RT ln a를 만족하는 양. 순물질을 1로 하며, 이상 용액에서는 몰분율과 같다.

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변태 강인화

부분 안정화 지르코니아에서 균열 선단의 응력으로 정방정이 단사정으로 변태하고, 그 부피 팽창이 균열을 닫아 인성을 높이는 기구.

소결

분말 성형체를 융점보다 낮은 고온에서 가열해 입자끼리 결합시키고 치밀화하는 공정. 표면 에너지의 감소가 구동력이다.

압전 효과

응력을 가하면 분극이 생기고, 반대로 전계를 가하면 변형하는 현상. 대칭 중심이 없는 결정에서 일어나며, 수정이나 PZT가 센서나 진동자에 쓰인다.

와이블 계수

와이블 분포에서 강도의 산포가 작은 정도를 나타내는 계수 m. 클수록 산포가 작으며, 세라믹스에서는 5~20 정도, 금속에서는 수십 이상이다.

페로브스카이트 구조

ABO₃형 결정 구조. B 자리의 양이온이 산소 팔면체의 중심(배위수 6)에, A 자리의 양이온이 그 틈(배위수 12)에 들어간다. BaTiO₃ 등.

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결정화도

결정성 고분자에서 결정 부분이 차지하는 비율. 밀도, DSC의 융해열, XRD 등으로 구하며, 높을수록 밀도와 탄성률이 오르고 투명성은 떨어진다.

열경화성 수지

경화 반응으로 3차원 망상 구조를 만들고, 경화한 뒤에는 가열해도 용융하지 않는 수지. 에폭시 수지, 페놀 수지 등.

유리 전이 온도

비정질 물질이나 고분자의 비정질부에서 분자나 원자의 운동이 동결되어, 유리 상태와 고무 상태(과냉각 액체)가 바뀌는 온도. Tg로 쓴다.

점탄성

탄성체와 같은 성질과 점성 유체와 같은 성질을 함께 지니는 것. 고분자에서는 응력 완화나 크리프로 나타나며, 시간과 온도에 의존한다.

혼합 법칙

복합재료의 성질을 구성 재료의 성질과 부피 분율로부터 어림하는 식. 섬유 방향은 등변형률의 E = VfEf + VmEm, 수직 방향은 등응력의 식으로 근사한다.

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간접 천이형 반도체

전도대 바닥과 가전자대 꼭대기의 결정 운동량이 서로 다른 반도체. 발광 재결합에 포논이 필요해 발광 효율이 낮다. 실리콘이나 게르마늄.

마티센 규칙

금속의 비저항이 격자 진동에 의한 온도 의존 성분과 불순물이나 결함에 의한 온도와 무관한 성분의 합으로 나타난다는 경험 법칙.

보자력

자화된 자성체의 자화(또는 자속 밀도)를 0으로 되돌리는 데 필요한 역방향 자기장의 세기. 작은 것은 연자성 재료, 큰 것은 경자성 재료이다.

연자성 재료

보자력이 작고 히스테리시스 손실이 적은 자성 재료. 전기 강판, 페라이트, 비정질 합금 등이며, 변압기나 모터의 철심에 쓴다.

퀴리 온도

강자성체(또는 강유전체)가 자발 자화(자발 분극)를 잃는 온도. 이보다 높은 온도에서는 상자성이 된다. 철은 약 770℃, 니켈은 약 358℃.

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가공 경화

소성 변형으로 전위가 늘어나 서로 얽히면서 변형에 필요한 응력이 높아지는 현상. 강도는 오르지만 연성은 떨어진다. 변형 경화라고도 한다.

고용 강화

기지에 녹아든 용질 원자가 만드는 격자 변형이 전위의 운동을 방해해 금속의 강도를 높이는 강화법. 침입형과 치환형이 있다.

스테인리스강

Cr을 약 11% 이상 함유하고, 표면의 부동태 피막으로 녹이 잘 슬지 않게 한 합금강. 조직에 따라 오스테나이트계, 페라이트계, 마르텐사이트계 등으로 나뉜다.

재결정

가공 변형을 축적한 금속을 가열할 때, 변형이 없는 새로운 결정립이 생겨 성장하는 현상. 강도가 낮아지고 연성이 회복된다.

주상정

주물의 응고에서 표면 칠정의 안쪽에, 열이 빠져나가는 방향과 반대 방향으로 가늘고 길게 자라는 결정립. 중심부에는 등축정이 생긴다.

티타늄 합금

밀도가 강의 약 60%로 가볍고, 비강도와 내식성이 뛰어난 합금. HCP인 α상과 BCC인 β상의 비율에 따라 α형, α+β형, β형으로 나뉜다.

황동

구리에 아연을 넣은 합금으로, 놋쇠라고도 한다. Zn 약 30%의 7-3 황동은 α상 단상으로 연성이 크고, 약 40%의 6-4 황동은 β상을 포함해 강도가 높다.

회복

냉간 가공한 금속을 가열할 때 재결정에 앞서 전위의 소멸과 재배열이 일어나, 내부 응력과 전기 저항이 낮아지는 과정. 경도는 그다지 변하지 않는다.

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고분자 전해질 연료 전지

술폰산기를 가진 고분자막을 전해질로 하여, 물을 머금은 막으로 양성자를 통과시키는 연료 전지. PEFC로 쓰며, 막의 건조를 막기 위해 가습하고 약 80℃에서 작동한다.

고체 전해질

고체 상태 그대로 이온을 통과시키고 전자는 거의 통과시키지 않는 재료. 전고체 전지의 황화물계·산화물계나 연료 전지의 안정화 지르코니아 등이 있다.

쇼클리-콰이서 한계

단일 접합 태양 전지의 이론 효율의 상한. 밴드갭 미만인 빛의 투과와 열 이완(thermalization) 손실의 균형으로, 지상의 태양광에서는 약 1.34 eV에서 최대 약 33%가 된다.

스피넬 구조

AB₂O₄ 조성으로, 산소의 입방 최밀 충진에서 사면체 자리와 팔면체 자리에 양이온이 들어가는 구조. 양극인 LiMn₂O₄는 3차원적인 Li⁺ 이동 경로를 가진다.

열전 성능 지수

열전 재료의 변환 성능을 나타내는 무차원 값 ZT = S²σT/κ. 제베크 계수와 전기 전도도가 높고 열전도율이 낮을수록 크다.

올리빈 구조

감람석과 같은 구조로, 양극인 LiFePO₄가 가진다. PO₄의 강한 공유 결합으로 열적으로 안정하지만, Li⁺의 확산은 1차원이고 전자 전도성도 낮다.

이론 용량

전극 재료가 저장할 수 있는 전기량의 상한을 질량당으로 나타낸 값. Q = nF/(3.6M) mAh/g로 구하며, 흑연은 372 mAh/g이다.

층상 암염 구조

산소의 최밀 충진 속에서 Li 층과 전이 금속 층이 번갈아 배열하는 구조. LiCoO₂나 LiNiO₂계 양극이 이 구조를 가지며, Li⁺는 층 사이를 2차원적으로 움직인다.

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금속 기지 복합재료

알루미늄 등의 금속을 기지로 하고 SiC 입자나 섬유로 강화한 복합재료(MMC). 강성과 내마모성을 높이고 열팽창을 작게 할 수 있다.

세라믹 기지 복합재료

SiC 등의 세라믹스를 기지로 하고 세라믹 섬유로 강화한 복합재료(CMC). 약한 계면에서 섬유가 뽑혀 나오게 해, 갑자기 파괴되지 않는 성질을 얻는다.

실란 커플링제

무기물과 결합하는 기와 수지와 반응하는 기를 한 분자에 가진 화합물. 유리 섬유의 표면 처리에 쓰이며, 계면의 접착성과 내수성을 높인다.

임계 섬유 길이

단섬유 중앙의 응력이 계면 전단에 의해 섬유의 인장 강도에 도달하는 데 필요한 길이. lc = σf·d/(2τc)로 나타내며, 이보다 짧은 섬유는 뽑혀 나와 버린다.

준등방성 적층

[0/±45/90]ₛ처럼 섬유 방향을 같은 각도로 나눈 층을 겹친 적층. 면내 영률이 어느 방향에서나 거의 같아지지만, 두께 방향은 약한 그대로이다.

층간 박리

적층판의 층과 층 사이의 수지나 계면이 갈라져 층이 벗겨지는 손상. 두께 방향의 강도가 낮기 때문에 일어나며, 충격으로 내부에 생기면 밖에서 발견하기 어렵다.

CFRP(탄소 섬유 강화 플라스틱)

탄소 섬유를 에폭시 수지 등으로 굳힌 복합재료. 밀도가 작고 영률과 강도가 높아 비강성이 뛰어나며, 항공기와 자동차, 스포츠 용품에 쓰인다.

GFRP(유리 섬유 강화 플라스틱)

유리 섬유를 수지로 굳힌 복합재료. CFRP보다 강성은 낮지만 저렴하고, 전기 절연성과 전파 투과성이 있어 선체, 욕조, 인쇄 회로 기판 등에 쓰인다.

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그래핀

탄소 원자가 sp² 결합으로 벌집 모양으로 배열한 단원자층. 밴드갭이 거의 0이고 전자의 이동도가 높으며, 양면의 이론 비표면적은 약 2630 m²/g.

나노입자의 융점 강하

나노입자에서 표면 에너지의 기여로 융점이 벌크보다 낮아지는 현상. 융점의 저하량은 대략 입경에 반비례하며, 수 nm인 입자에서 두드러진다.

보텀업 방식

원자나 분자를 핵 생성과 성장으로 조립해 나노 재료를 만드는 방법. 액상 환원·열분해, 졸-겔법, CVD 등. 큰 재료를 부수는 톱다운 방식과 짝을 이룬다.

비표면적

분말이나 다공체의 단위 질량당 표면적으로, 단위는 m²/g. 구형 입자에서는 S = 6/(ρd)가 되어 입경에 반비례해 커진다.

양자점

전자와 정공을 3차원적으로 가두는 수 nm의 반도체 나노 결정. 구속 에너지는 대략 입경의 제곱에 반비례하며, 입경으로 발광 파장을 조절할 수 있다.

제타 전위

액체 속 입자와 함께 움직이는 층 바깥쪽 미끄럼면의 전위. 절댓값이 클수록 입자 사이의 정전기적 반발이 강해 분산이 안정하다. 등전점에서는 거의 0이 된다.

탄소 나노튜브

그래핀을 원통 모양으로 만 지름 약 1 nm~수십 nm의 탄소 재료. 마는 방향(카이랄 지수)에 따라 금속적으로도 반도체적으로도 되며, 축 방향의 강도가 매우 높다.

BET법

저온에서 질소 등의 기체를 분말에 물리 흡착시키고, 흡착 등온선에 BET 식을 적용해 단분자층 흡착량으로부터 비표면적을 구하는 방법.

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결정 자기 이방성

결정 방향에 따라 자화되기 쉬운 정도가 다른 성질. 철에서는 <100>이 자화 용이축이다. 크면 보자력이 높아지고, 작으면 투자율이 높아진다.

와전류 손실

교류로 자속이 변할 때 자성체 안에 유도되는 와전류의 줄열에 의한 손실. 판 두께와 주파수의 제곱에 비례하고 비저항에 반비례한다.

자구

강자성체나 페리자성체 안에서 자화의 방향이 정렬된 작은 영역. 표면의 자극에 의한 정자기 에너지를 낮추기 위해 많은 자구로 나뉜다.

자벽

이웃한 자구의 경계에서 자기 모멘트의 방향이 조금씩 회전하며 바뀌는 천이층. 교환 에너지와 이방성 에너지의 균형으로 두께가 정해진다.

초상자성

아주 작은 강자성 입자에서 자화 반전의 장벽 KV가 열에너지에 비해 작아, 자화가 열로 반전해 보자력이 거의 0이 되는 상태.

최대 에너지적

영구 자석의 감자 곡선 위에서 자속 밀도 B와 자기장 H의 곱의 크기가 최대가 되는 값 (BH)max. 단위는 kJ/m³이며, 자석 세기의 지표가 된다.

페리자성

반평행으로 배열한 두 종류의 부격자 자기 모멘트의 크기가 달라, 그 차이만큼 자발 자화가 남는 자성. 마그네타이트 등의 페라이트가 대표적인 예이다.

포화 자화

강한 자기장을 걸어 자기 모멘트가 모두 같은 방향으로 정렬했을 때의 자화. 철에서는 약 1.7×10⁶ A/m(µ₀Ms로 약 2.2 T)이며, 온도가 오르면 줄어든다.

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골 시멘트

PMMA 분말과 메타크릴산메틸 액체를 섞어 체내에서 중합시켜, 인공 관절을 뼈에 고정하는 재료. 접착이 아니라 틈을 메워 기계적으로 맞물림으로써 고정한다.

골유착

살아 있는 뼈와 임플란트 표면이 섬유성 조직을 사이에 두지 않고 직접 접촉해 하중을 전달할 수 있는 상태. 티타늄 치과용 임플란트에서 발견되었다.

생분해성 고분자

체내나 환경 속에서 가수분해나 미생물의 작용으로 분해되는 고분자. 폴리락트산과 폴리글리콜산은 흡수성 봉합사나 골 고정재에 쓰인다.

생체 적합성

특정 용도에서 적절한 생체 반응을 수반하면서 요구되는 기능을 수행하는 재료의 능력. 재료뿐 아니라 형상, 표면 상태, 사용 부위도 포함해 평가한다.

응력 차폐

뼈보다 훨씬 강성이 높은 임플란트가 하중의 대부분을 떠맡아 주위 뼈에 대한 역학적 자극이 줄고, 뼈가 흡수되어 가늘어지는 현상. 스트레스 실딩이라고도 한다.

초탄성

역변태 종료 온도보다 높은 온도에서, 응력 유기 마르텐사이트 변태와 그 역변태에 의해 수 %의 큰 변형률이 하중 제거로 원래대로 돌아가는 성질. Ni-Ti 합금이 대표적이다.

하이드록시아파타이트

Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂로 나타내는 인산칼슘. 뼈와 치아의 무기 성분에 가깝고, 뼈와 직접 결합하는 생체 활성 세라믹스로 쓰인다. Ca/P 비는 1.67.

β형 티타늄 합금

Nb, Ta, Mo 등의 β 안정화 원소를 많이 함유해, 실온에서도 BCC인 β상을 가지는 티타늄 합금. 영률이 낮아 생체용에서는 응력 차폐를 줄일 수 있다.

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강화 유리

가열한 판유리를 공기로 급랭해 표면에 압축, 내부에 인장 응력을 남겨 강하게 만든 유리. 깨지면 잘게 부서진다.

금속 유리

금속 융액을 결정화시키지 않고 굳힌 비정질 합금. 전위가 없어 강도와 탄성 변형 한계가 크다. 두꺼운 것을 벌크 금속 유리라고 부른다.

망목 수식 산화물

Na₂O, K₂O, CaO 등 유리 망목의 가교를 끊어 비가교 산소를 만들고, 양이온이 망목의 틈에 들어가는 산화물. 점도를 낮춘다.

망목 형성 산화물

SiO₂, B₂O₃, P₂O₅처럼 양이온이 산소 다면체를 만들어 꼭짓점을 공유하고, 단독으로도 유리의 망목을 만드는 산화물.

비가교 산소

유리의 망목에서 망목을 만드는 양이온 1개와만 결합하고, 이웃한 다면체와 연결되지 않은 산소. 수식 산화물을 넣으면 늘어난다.

비정질 실리콘

장거리 주기성을 갖지 않는 실리콘. 수소로 댕글링 본드를 종단한 a-Si:H는 박막 트랜지스터와 박막 태양 전지에 쓰인다.

화학 강화 유리

유리 표층의 Na⁺를 용융염 속에서 더 큰 K⁺와 교환해, 표층에 큰 압축 응력을 넣어 강하게 만든 유리. 얇은 판에도 쓸 수 있다.

환산 유리 전이 온도

유리 전이 온도 Tg를 액상선 온도 Tl로 나눈 값 Trg = Tg/Tl. 클수록 융액이 유리가 되기 쉬우며, 약 2/3 이상이 기준으로 여겨진다.

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스트란스키-크라스타노프 성장

수 원자층의 층상 성장 뒤, 격자 부정합에 의한 변형을 완화하기 위해 3차원 섬이 성장하는 박막의 성장 양식. 양자점 제작에 쓰인다.

양자 크기 효과

입자나 막이 전자의 파동이 퍼진 범위와 같은 정도로 작아지면 에너지 준위가 불연속적이 되고 밴드갭이 넓어지는 효과. 양자점의 발광색을 결정한다.

열응력

열팽창의 차이로 생기는 응력. 기판 위의 박막에서는 σ = EΔαΔT/(1 − ν)로 어림하며, 막의 팽창 계수가 크면 냉각 후에는 인장이 된다.

오스트발트 숙성

작은 입자가 녹아 사라지고 큰 입자가 성장해 입자가 조대화하는 현상. 곡률에 따른 용해도 차이(깁스-톰슨 효과)가 구동력이다.

임계 핵 반경

핵 생성에서 이 크기를 넘으면 성장하는 편이 안정해지는 핵의 반경. 구형 핵에서는 r* = −2γ/ΔGv이며, 과냉도가 클수록 작아진다.

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브래그 법칙

면간 거리 d인 결정면에서 회절이 보강되는 조건 2d sinθ = nλ. XRD 피크의 각도로부터 면간 거리를 구하는 기본 식.

셰러 식

XRD 피크의 폭 넓어짐으로부터 결정자 크기를 어림하는 식 D = Kλ/(β cosθ). β는 라디안 단위의 반치폭, K는 약 0.9.

소멸 규칙

원자의 배치 때문에 특정 지수의 회절이 상쇄되어 사라지는 규칙. BCC는 h + k + l이 짝수인 면, FCC는 h, k, l이 모두 짝수이거나 모두 홀수인 면만 회절한다.

EDS(에너지 분산형 X선 분광법)

전자선으로 여기된 특성 X선의 에너지를 반도체 검출기로 측정해 원소를 분석하는 방법. 모든 원소를 동시에 짧은 시간에 측정할 수 있지만, 분해능은 WDS보다 낮다.

SEM(주사 전자 현미경)

가늘게 집속한 전자선으로 시료 표면을 주사하고, 방출되는 2차 전자나 후방 산란 전자를 검출해 표면의 형상이나 조성 차이를 관찰하는 현미경.

SIMS(2차 이온 질량분석법)

1차 이온으로 시료를 깎아 내면서 방출되는 2차 이온을 질량 분석하는 방법. 도펀트 등 미량 원소의 깊이 분포를 ppm~ppb의 감도로 측정할 수 있다.

XPS(X선 광전자 분광법)

X선으로 방출되는 광전자의 결합 에너지로부터, 표면 수 nm에 포함된 원소와 그 화학 결합 상태(산화수 등)를 조사하는 분석법.

XRD(X선 회절)

결정에 X선을 쬐어, 회절한 X선의 각도와 강도로부터 결정상, 격자 상수, 결정자 크기, 변형, 배향 등을 조사하는 분석법.

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갈바닉 부식

전위가 다른 금속을 전해질 속에서 접촉시켰을 때, 전위가 낮은(활성인) 금속이 애노드가 되어 부식이 빨라지는 현상. 이종 금속 접촉 부식이라고도 한다.

공식 부식

염화물 이온 등이 부동태 피막을 국부적으로 파괴해, 작은 구멍이 깊이 파여 들어가는 국부 부식. 스테인리스강이나 알루미늄에서 문제가 된다.

국부 전지

하나의 금속 표면에서 개재물이나 변형, 산소의 농도 차 등에 의해 애노드와 캐소드 부분이 생기고, 전지로서 부식이 진행되는 것.

부동태

금속 표면에 두께 수 nm 정도의 치밀한 산화 피막이 생겨, 열역학적으로는 녹아야 할 금속의 용해가 거의 멈춘 상태.

응력 부식 균열

감수성이 있는 재료에 인장 응력이 걸린 채 특정 부식 환경에 노출되면, 항복 응력보다 낮은 응력에서 균열이 진전하는 현상.

패러데이 법칙

전극 반응으로 변화하는 물질의 양은 흐른 전기량에 비례한다는 법칙. 용해나 석출의 질량은 m = ItM/(nF)로 구한다.

표준 전극 전위

금속과 그 이온 등의 전극 반응의 평형 전위를, 표준 상태에서 표준 수소 전극을 0 V로 하여 나타낸 값. 음으로 클수록 산화되기 쉽다.

희생 양극

보호하려는 금속보다 전위가 낮은(활성인) 아연, 알루미늄 합금, 마그네슘 등을 전기적으로 연결하고 먼저 용해시켜, 금속을 캐소드로 만들어 방식하는 양극.

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비강성

영률을 밀도로 나눈 값 E/ρ. 비탄성률이라고도 한다. 강, 알루미늄 합금, 티타늄 합금은 모두 약 25 GPa/(g/cm³) 전후로 거의 같다.

재료 선정 도표(애시비 도표)

영률과 밀도 등 두 가지 성질을 양대수 축으로 잡고, 재료군별 범위를 그린 도표. 성능 지수가 일정한 선이 직선이 되어 후보의 비교에 쓴다.

재료 선정의 성능 지수

재료 선정에서 최대로 해야 할 재료 성질의 조합. 강성으로 정해지는 타이(인장 부재)는 E/ρ, 보는 √E/ρ, 판은 ∛E/ρ, 강도로 정해지는 타이는 σf/ρ가 된다.

전과정 평가

재료 제조, 제품 제조, 사용, 폐기·재활용의 각 단계에서 에너지 소비와 환경 부하를 정량적으로 평가하는 기법(LCA).

트램프 원소

철 스크랩에 섞여 들어와 정련으로 제거하기 어렵고, 재생할 때마다 강 속에 축적되는 구리나 주석 등의 원소. 열간 가공 시의 표면 균열 등 품질 저하의 원인이 된다.

파괴 전 항복

균열이 있어도 부재 전체가 먼저 항복해 급격한 취성 파괴가 일어나지 않는 상태. 허용되는 균열 크기는 (K_IC/σy)²에 비례하며, K_IC/σy가 성능 지수가 된다.

파레토 최적

여러 목적 중 어느 하나를 개선하면 다른 목적이 반드시 나빠지는 상태. 서로 경쟁하는 목적의 후보는 파레토 전선 위에서 교환 상수를 써서 고른다.

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그리피스 이론

균열이 늘어나며 해방되는 탄성 에너지가 새로운 표면의 에너지를 웃돌면 파괴가 진행된다는 이론. 파괴 응력은 √(2Eγs/(πa))로 나타낸다.

마이너 법칙

서로 다른 응력 진폭에서의 손상을 반복 횟수와 수명의 비 n/N의 합으로 더해, 그 합이 1이 되면 피로 파괴한다고 보는 규칙.

수정 굿맨 선도

평균 응력의 영향을 나타내는 선도. 완전 양진 피로 한도와 인장 강도를 직선으로 이어, σa = σw(1 − σm/σB)를 허용 응력 진폭의 기준으로 삼는다.

스트라이에이션

피로 균열이 진전한 파면에서 보이는 미세한 줄무늬. 간격은 대략 1사이클당 균열 진전량에 대응하며, 전자 현미경으로 관찰한다.

에너지 해방률

균열이 단위 면적만큼 진전할 때 해방되는 탄성 에너지. G로 나타내며, 평면 응력에서는 G = K²/E. 임계값 G_c에 도달하면 균열이 진전한다.

응력 집중 계수

구멍이나 노치 바닥의 최대 응력이 평균 응력의 몇 배인지를 나타내는 수 Kt. 타원 구멍에서는 1 + 2√(a/ρ)이며, 원형 구멍에서는 3이 된다.

응력 확대 계수

균열 선단의 응력장의 세기를 나타내는 양. K = Yσ√(πa)로, 응력과 균열 길이 모두에 의해 정해지며, 임계값에 도달하면 균열이 불안정하게 진전한다.

파리스 법칙

피로 균열의 진전 속도가 응력 확대 계수 범위의 거듭제곱에 비례한다는 경험 법칙 da/dN = C(ΔK)ᵐ. 균열 진전 수명의 어림에 쓴다.

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무전해 니켈 도금

전원을 쓰지 않고 환원제로 자기 촉매적으로 니켈을 석출시키는 도금. 인을 포함하며, 복잡한 형상의 부품에도 균일한 두께로 입혀진다.

스트리벡 곡선

미끄럼 베어링 등의 마찰 계수를 점도×속도÷면압인 베어링 특성수에 대해 그린 곡선. 경계 윤활, 혼합 윤활, 유체 윤활 사이의 전이를 나타낸다.

실접촉 면적

표면의 돌기끼리 실제로 닿아 있는 부분의 면적. 돌기가 소성 변형할 때는 하중을 경도로 나눈 값이 되며, 겉보기 접촉 면적보다 훨씬 작다.

아처드 마모식

마모 부피 V가 수직 하중 W와 미끄럼 거리 L에 비례하고 경도 H에 반비례한다는 식 V = KWL/H. K는 마모 계수로, 마모 기구에 따라 크게 달라진다.

연삭 마모

단단한 입자나 상대면의 단단한 돌기가 무른 표면을 긁어 깎아 내는 마모. 표면을 입자보다 단단하게 하면 크게 줄어든다.

응착 마모

실접촉점에서 금속끼리 결합하고, 미끄럼으로 응착부가 전단되어 재료가 상대면으로 옮겨 가거나 떨어져 나가는 마모. 소착의 원인이 된다.

질화 처리

강을 A₁ 변태점보다 낮은 온도에서 질소를 포함한 분위기에 두어, 표층에 단단한 질화물을 만드는 처리. 담금질이 필요 없고 변형이 작다.

침탄

저탄소강을 오스테나이트 영역에서 탄소를 포함한 분위기에 두어 표층의 탄소량을 높이는 처리. 담금질로 표층을 단단한 마르텐사이트로 만든다.

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라슨-밀러 파라미터

크리프 파단의 온도와 시간을 하나로 묶은 값 P = T(C + log₁₀t_r). 같은 응력에서는 일정하다고 보고, 단시간 시험으로부터 장시간 수명을 어림한다.

멱법칙 크리프

정상 크리프 속도가 응력의 n제곱(n은 3~8 정도)에 비례하는 크리프. 전위의 슬립과 상승 운동에 의한 회복이 조합되어 일어나며, 높은 응력에서 지배적이 된다.

변형 기구 지도

규격화한 응력과 상동 온도를 축으로, 가장 빠르게 변형시키는 기구(전위의 슬립, 멱법칙 크리프, 확산 크리프 등)의 영역을 나타낸 도표.

산화의 포물선 법칙

산화 피막 두께의 제곱이 시간에 비례해 증가하는 관계 x² = k_p t. 치밀한 피막 속 이온의 확산이 성장 속도를 결정할 때 성립한다.

열차폐 코팅

고온 부품의 표면에 입히는, 열전도율이 낮은 세라믹스 피막. 지르코니아 톱 코트와 본드 코트로 이루어지며, 금속의 온도를 크게 낮춘다.

필링-베드워스 비

산화물의 부피와 그것을 만드는 데 쓰인 금속의 부피의 비. 1보다 작으면 피막이 갈라지기 쉽고, 1~2 정도이면 보호성이 되기 쉽다고 여겨지는 기준.

확산 크리프

원자의 확산으로 결정립이 늘어나며 진행되는 크리프로, 속도는 응력에 비례한다. 격자 확산에 의한 나바로-헤링 크리프와 입계 확산에 의한 코블 크리프가 있다.

Ni기 초내열합금

Ni의 FCC 기지에 L1₂형 규칙상 γ'(Ni₃Al)을 다량 정합 석출시킨 내열 합금. 터빈 블레이드 등에 쓰이며, 융점에 가까운 온도까지 강도를 유지한다.

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머티리얼즈 인포매틱스

재료 데이터를 기계 학습 등으로 분석해, 성질의 예측이나 다음에 시험할 재료의 선택에 활용하는 방법. 계산이나 실험과 결합해 재료 개발을 가속한다.

몬테카를로법

난수를 이용한 확률적 시행을 반복해 답을 구하는 방법. 재료 분야에서는 메트로폴리스법에 의한 평형 상태 계산이나, 확산을 추적하는 키네틱 몬테카를로법이 있다.

밀도 범함수 이론

바닥 상태의 에너지가 전자 밀도로 정해진다는 사실을 이용해, 콘-샴 방정식을 풀어 물질의 전자 상태와 에너지를 구하는 이론. 제일원리 계산의 중심이다.

분자 동역학법

원자 간 퍼텐셜로부터 구한 힘으로 많은 원자의 뉴턴 운동 방정식을 수치 적분해, 원자의 움직임을 시간에 따라 계산하는 방법.

원자 간 퍼텐셜

원자의 배치로부터 에너지와 힘을 주는 함수. 레너드-존스형, 금속용 내장 원자법, 공유 결합용, 기계 학습 퍼텐셜 등이 있다.

유한 요소법

물체를 작은 요소로 나누고 절점의 변위 등을 미지수로 하는 연립 방정식을 풀어, 응력이나 온도의 분포를 근사적으로 구하는 수치 계산법.

페이즈 필드법

상이나 결정 방위를 나타내는 질서 변수가 계면에서 매끄럽게 변한다고 보고, 자유 에너지가 감소하는 방향으로 조직의 시간 변화를 계산하는 방법. 응고나 석출에 쓴다.

CALPHAD법

각 상의 깁스 에너지를 온도와 조성의 함수로 모델링하고, 실험값 등에 맞춘 데이터베이스로부터 다원계의 상태도나 상 분율을 계산하는 방법.