재료의 결정구조는 재료의 물성을 결정하는 데에 매우 중요하다.
거의 모든 금속과 세라믹, 고분자 재료는 정상적 응고 조건에서 결정질 구조 형성한다.
단위정 : 결정질 고체에서 원자들은 단위정이라는 작은 반복적 단위로 패턴을 이룬다.
금속은 대부분 FCC, BCC, HCP 가진다
FCC : 면심입방결정구조. 배위수 12, 원자충전율 0.74 ABCABC 적층
BCC : 체심입방결정구조. 배위수 8, 원자충전율 0.68
HCP : 조밀육방결정구조. 배위수 12, 원자충전율 0.74 ABABAB 적층
이론적밀도 = 질량/부피 = (단위정 내 원자수 X 원자량) / (단위정 부피 X 아보가드로수)
세라믹은 금속보다 결정구조 복잡. 결정은 전기적으로 중성. 양이온과 음이온의 반지름 비에 따라서 결정구조 달라짐. (양이온 반지름/음이온 반지름) 값에 따라 양이온의 배위수 결정됨. 0.155미만은 배위수 2, 0.155이상 0.225미만은 배위수 3 등…
암염구조 NaCl , 염화세슘구조 CsCl, 섬아연광 구조 ZnS 강한 공유결합성 가짐.
페로브스카이트 결정구조 : Ba2+과 Ti4+의 두 개의 양이온 가짐. 120도 이상에서 입방정. Ba이온은 입방정의 8개 꼭짓점. Ti4+는 입방정 중심, O2-이온은 여섯 면의 면 중심.
단원소 고체에서 외부 압력과 온도에 따라서 결정구조 바뀜.
실리콘의 상태도 상온상압에서 다이아몬드 큐빅 구조. 150kbar 이상에서 테트라로 바뀜. 상압에서 1420도에 액체로 용융
단위정은 세 변 길이 a b c와 3개 축 각도 알파 베타 감마로 정의.
결정계는 입방(cubic), 정방(tetra), 육방(hexagonal), 사방정(orthorhombic), 삼방정(rhombohedral), 단사정(monoclinic), 삼사정(triclinic). 입방이 가장 대칭성 높고 삼사정이 제일 낮음.
점 좌표는 분율로 XXX , 결정학적 방향은 [XXX], 족(family)으로 <XXX>. 결정학적 면은 (XXX), 족으로 {XXX}.
세라믹의 침입 위치는 사면체자리(tetragonal site)와 팔면체 자리(octahedral site).
단결정은 외부적 환경이 매우 주의깊게 관리되어야 한다.
이방성(anisotropy)는 탄성계수, 전기 전도도, 굴절률 등이 물리적 성질이 방향에 따른 것을 말함. 단결정은 이방성 가짐. 결정구조의 대칭성과 관련. 삼사정이 가장 높은 이방성 가짐.
등방성(isotropy)는 물리적 성질이 방향에 따라 일정. 많은 다결정 재료에 해당.
X선 회절을 통해 격자상수와 결정구조 알 수 있음. 방해물에 의해 산란된 수 많은 파동들 사이에서 경로 차에 따라 보강 간섭이 발생할 때 회절. 브래그법칙. 단결정의 결정방향 알수있음. 정성적인 화학 성분 분석에도 쓰임.
빠른 냉각은 결정의 규칙화를 허락하는 시간을 짧게하여 비정질 상태로 만들기 쉬움.