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공융 시스템은 고체 상태에서 단일 초격자를 형성하는 두 개 이상의 구성 요소의 균질한 혼합물로, 주요 특징은 개별 구성 요소보다 융점이 낮다는 것입니다. 대부분의 공융 시스템은 3원 공융 시스템을 형성하는 특정 합금의 예가 있지만 2원 시스템(단지 2개의 상 또는 구성 요소로 형성됨)입니다.
공융(eutectic)이라는 단어는 고대 그리스 용어인 eutektos 에서 유래했으며, 이는 “우물”을 의미하는 eu 와 녹는 것을 의미하는 teko 라는 용어의 조합입니다 . 따라서 공정(eutectic)은 문자 그대로 “잘 녹는다”는 의미로, 낮은 융점으로 인해 공정이 개별 구성 요소보다 녹기 쉽다는 사실을 나타냅니다.
공융 시스템은 어떻게 형성됩니까?
공융 시스템은 혼합물을 구성하는 성분 또는 고상이 공융 조성이라는 특정 비율에 있을 때만 형성됩니다. 이 구성은 각 공융 시스템의 특징입니다. 또한 공융은 일반적으로 서로 유사하거나 화학적으로 관련된 화합물 사이에 형성됩니다. 두 개 이상의 금속으로 형성된 일부 공융 합금의 경우입니다 .
이 두 상의 불균일한 혼합물을 적절한 비율로 가열하고 녹이면 균일한 액체 혼합물이 형성되고 냉각되면 다시 결정화되어 두 물질이 동일한 셀 또는 격자의 일부인 새로운 결정 구조를 형성합니다. 이것은 소위 슈퍼 격자 또는 슈퍼 셀로, 두 개의 원래 위상 중 어느 것도 구별할 수 없는 완전히 균질한 결정을 만들기 위해 모든 방향으로 반복됩니다. 즉, 시스템의 상이 함께 결정화되어 새로운 고체를 형성합니다.
공융의 종류
공융 시스템은 다양한 방식으로 분류될 수 있습니다. 두 가지 일반적인 형태는 조성과 고체의 결정도에 따른 것입니다.
조성에 따라 공정은 다음과 같이 분류할 수 있습니다.
- 무기 공융물: 금속 및 염과 같은 무기 화합물 에 의해 형성된 것들이다 . 후자의 경우 일반적으로 수화된 염입니다. 이들은 가장 일반적인 공융 시스템입니다.
- 유기 공융: 많은 유기 화합물이 서로 공융을 형성합니다. 이 경우 유기 공정이라고 합니다.
- 유기/무기 공융: 물과 에탄올의 혼합물과 같은 유기 및 무기상에 의해 형성된 것들이다.
이 분류 외에도 고체의 결정도, 즉 미세 구조에 따라 공융을 세 가지 등급으로 구분할 수 있습니다. 일반적으로 이 미세구조는 패싯 및 비패싯의 두 가지 유형이 있습니다. 그것들은 종종 각각 유리질 또는 비정질 미세구조라고도 합니다. 이원 시스템에서는 이러한 유형의 미세 구조의 세 가지 다른 조합이 발생할 수 있으며 세 가지 다른 클래스의 공융이 발생합니다.
- 비면 공융 – 비면(NN): 이들은 가장 일반적이며 다른 무정형 상에 포함된 비면 또는 비정질 상으로 구성됩니다. 이러한 공정은 매우 규칙적인 미세 구조를 보여줍니다.
- 패싯 – 비패싯(NF) 공융: 이러한 공융에서 위상 중 하나는 무정형 또는 비패싯이고 다른 하나는 패싯입니다. 이러한 공정의 미세 구조는 일반적으로 규칙적인 것과 복잡한 것 사이에 있거나 각 상의 특정 특성에 따라 완전히 불규칙해질 수도 있습니다.
- 패싯 공융 – 패싯(FF): FF 공융은 드물며 일반적으로 두 금속간 화합물 사이에 형성됩니다. 이러한 공융은 종종 강한 금속 결합으로 장거리 결정 구조를 형성하여 높은 경도와 같은 고유한 기계적 특성을 갖습니다.
공융 시스템의 예
알루미늄-실리콘 합금
알루미늄과 실리콘은 혼합물이 질량 기준으로 13%의 실리콘을 포함할 때 FN(면 처리 – 비면 처리) 유형의 무기 공융 합금을 형성합니다. 이 시스템에서 알루미늄은 비정질상(알파상이라고 함)을 형성하고 실리콘은 시스템의 결정상 또는 패싯상을 형성합니다. 이 합금은 주조 알루미늄 부품 제조에 매우 중요합니다.
철-탄소 합금(탄소강)
탄소강은 수백 년 동안 알려진 공융 시스템입니다. 구조에 탄소 원자가 포함된 철 매트릭스로 구성됩니다. 이 원소들은 탄소 4.30% 와 나머지 철로 구성된 공융 시스템을 형성합니다 . 시스템의 녹는점(공융 온도)은 1,147°C이며 γ-오스테나이트와 탄화철 또는 시멘타이트의 혼합물로 구성됩니다. 시멘타이트는 비정질 오스테나이트 매트릭스에 매립된 결정 형태로 존재하며, 이 공융 시스템을 FN 시스템의 또 다른 예로 만듭니다.
납-주석 합금
납과 주석 사이에 형성된 공융 시스템은 질량 기준으로 62%의 주석을 포함하는 시스템입니다. 이 혼합물은 주석의 녹는점인 232°C보다 50°C 낮은 183°C에서 녹고 순수한 납의 녹는점인 327.5°C보다 거의 205°C 낮습니다.
장뇌-나프탈렌 합금
나프탈렌과 장뇌는 공융 시스템을 형성하는 방향족 유기 화합물입니다. 따라서 이것은 유기 공융 시스템의 예입니다. 이와 유사한 시스템이 나프탈렌과 벤젠 사이에 형성됩니다.
갈린스탄
이것은 삼원 공융 시스템의 예입니다. 그것은 68.5% 갈륨, 21.5% 인듐 및 10% 주석을 포함하는 합금으로 구성됩니다. 이 시스템의 녹는점은 -19 °C에 불과하므로 혼합물은 실온에서 액체입니다. 이 사실은 갈린스탄을 수은의 무독성 대체물로 만듭니다.
니켈-실리콘 합금
니켈-실리콘 공융 시스템은 FF 공융 시스템의 한 예입니다. 즉, 두 상이 모두 결정 상태에 있어 서로 간에 매립된 면 처리된 고체를 형성합니다. 공정 조성은 84% 니켈과 16% 실리콘입니다. 이 시스템은 매우 단단하고 피로에 강하며 접착으로 인한 마모가 특징입니다.
참조
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