HCP(Hexagonal Close-Packed) 결정 구조는 원자가 금속에 배열되는 가장 일반적인 방법 중 하나입니다.
HCP 결정 구조는 육각형 프리즘의 각 모서리에 격자 점당 1개의 원자가 있고 프리즘 내부에 3개의 원자가 있는 같은 이름의 Bravais 격자를 기반으로 합니다. HCP는 가장 안정적인 결정 구조 중 하나이며 패킹 밀도가 가장 높습니다.
HCP(Hexagonal Close-Packed) 단위 셀은 각 꼭짓점에 원자가 있고 중앙에 3개의 원자가 있는 육각형 프리즘으로 상상할 수 있습니다. 또한 3개의 촘촘하게 밀집된 육각형 레이어를 쌓아 맨 위 레이어와 맨 아래 레이어가 일직선이 되도록 상상도 할 수 있습니다.
HCP는 금속의 가장 일반적인 구조 중 하나입니다. HCP는 단위 셀당 6개의 원자, 격자 상수 a = 2r 및 c = (4√6r)/3(또는 c/a 비율 = 1.633), 배위수 CN = 12 및 원자 패킹 계수 APF = 74%를 갖습니다. HCP는 AB-AB 적층이 있는 밀착 구조입니다.
HCP의 배위수 (CN)
배위수(CN)는 각 원자가 가지고 있는 최근접 이웃의 수입니다.
밀착 구조인 HCP 결정은 최근접 이웃(NN)의 수: 12를 갖습니다. 이러한 각 NN은 결합에 기여하여 결정 구조에 매우 높은 안정성을 제공합니다.
Hexagonal Close-Packed Lattice 상수(Hexagonal Close-Packed Lattice Constants)
육각형 밀착 격자(HCP)는 각 꼭짓점에 원자가 있고 중앙에 3개가 있는 육각형 프리즘입니다.
각 원자를 개별 구로 상상하는 경구 모델을 사용하여 HCP 결정은 프리즘의 상단과 하단을 따라 각 원자가 접촉하도록 합니다.
또한 8개의 모서리 각각에 원자가 있고 중앙 근처에 또 다른 원자가 있는 원시 HCP 세포를 아래 그림과 같이 표현할 수 있습니다.
단위 셀을 구성하는 a,b,c를 계산해보면 위 그림과 같이 a와 c의 길이가 상이한 것을 알 수 있는데, 이를 비율로 표현하면
완벽한 결정에서는 c 가 약 1.6a 정도로 수렴하는 것을 알 수 있습니다. (즉, 세로로 긴 모양의 형태가 항상 나타납니다.)
HCP의 APF
서두에 작성한 것과 같이 육각형 밀착 포장 결정은 74% 패킹을 가지고 있습니다. HCP와 FCC는 모두 가능한 최대 APF를 가진 밀착 구조이기 때문에 이는 면심 입방체(FCC) 결정과 정확히 동일한 값입니다.
(크기가 다른 여러 종류의 원자를 사용하는 경우 더 높은 패킹을 가질 수 있음)
아래의 그림은 동일한 74%의 패킹을 갖는 두 구조의 적층 순서에 대한 비교 자료입니다.
FCC는 원자 여섯개로 구성된 삼각형 모양의 3개의 층이 순서대로 적층될 때 최대의 APF를 갖는 것으로 설명할 수 있고,
HCP는 생긴 그대로 순서대로 적층되는 모양으로 ABABAB..구조로 최대의 APF를 갖는 것으로 설명할 수 있습니다.
HCP의 침입 가능 사이트 (틈새 사이트)
틈새 부위는 다른 종류의 원자가 들어갈 수 있는 결정 내부의 공간입니다. HCP에는 팔면체와 사면체의 두 가지 유형의 간질 부위가 있습니다. (기술적으로 삼각 사이트도 가능하지만 실질적으로 유용하지는 않습니다.)
HCP는 6개의 팔면체 부위를 가지고 있으며, 틈새에 들어갈 작은 원자가 6개의 HCP 격자 원자로 동등하게 둘러싸이도록 6개의 위치에 들어갈 수 있음을 의미합니다. (작은원자의 반지름 r은 0.414R)
HCP는 또한 12개의 사면체 부위를 가지고 있는데, 이는 작은 틈새 원자가 4개의 HCP 격자 원자로 동등하게 둘러싸이도록 12개의 위치에 들어갈 수 있음을 의미합니다. (작은원자의 반지름 r은 0.225R)
재료 공학의 입문에서 가장 중요하고도 기초가 되는 4가지 구조에 대해 살펴보았으며, 좀 더 상세한 내용은 앞선 포스팅에서도 이야기한 msestudent.com을 참고하시면 많은 도움이 될 것 같습니다.