Widmanstätten 패턴

Widmanstätten pattern
톨루카 운석의 일부, 폭 약 10 cm
강철
페이즈
미세구조물
반
기타 철계 재료

톰슨 구조물이라고도 알려진 위드만슈테텐 패턴은 니켈-철의 긴 단계를 나타내는 도형으로, 철 운석 결정체의 팔면체 모양과 일부 팔라사이트에서 발견됩니다.

철 운석은 종종 철-니켈 합금의 단결정 또는 때로는 수 미터 크기의 큰 결정으로 형성되며 표면에 식별 가능한 결정 경계가 없는 경우가 많습니다. 큰 결정은 금속에서는 극히 드물고, 운석에서는 태양계가 처음 형성되었을 때 우주의 진공 상태에서 녹은 상태에서 극히 느리게 냉각되어 발생합니다. 고체 상태가 되면 느린 냉각으로 인해 고체 용액이 결정 격자 내에서 성장하는 별도의 상을 침전시킬 수 있으며, 결정 격자에 의해 결정되는 매우 특정한 각도로 형성됩니다. 운석에서는 이러한 간질성 결함이 결정 전체를 육안으로 쉽게 볼 수 있는 바늘이나 리본 모양의 구조로 채울 수 있을 정도로 크게 성장하여 거의 완전히 원래의 격자를 소모할 수 있습니다. 그것들은 카마사이트와 태나이트 밴드 또는 라멜래라고 불리는 리본의 미세한 인터리빙으로 구성됩니다. 일반적으로 라멜래 사이의 틈에서는 유백석이라고 불리는 카마사이트와 태나이트의 미립 혼합물을 발견할 수 있습니다.[1]

Widmanstätten 구조는 현대 강철,[2] 티타늄 및 지르코늄 합금에서 유사한 특징을 설명하지만 일반적으로 크기가 미세합니다.

디스커버리

스턴턴 운석[i] 속의 위드먼슈테텐 패턴

1808년, 이 그림들은 빈에 있는 제국 자기 작품의 감독인 알로이스 폰 베크 위드만슈테텐 백작에 의해 관찰되었습니다. 화염이 철 운석을 가열하는 동안,[4] Widmanstäten은 다양한 철 합금들이 서로 다른 속도로 산화됨에 따라 색과 광택 영역의 분화를 발견했습니다. 그는 동료들과의 구두 소통을 통해서만 연구 결과를 주장하며 발표하지 않았습니다. 이 발견은 빈 광물 및 동물학 내각의 책임자인 칼 폰 슈라이버스(Carl von Schreibers)에 의해 인정되었으며, 그는 이 구조물의 이름을 위드만슈테텐(Widmanstätten)의 이름을 따서 지었습니다.[5][6]: 124 그러나 이제 금속 결정 패턴의 발견은 영국의 광물학자 윌리엄(Guglielmo)에게 맡겨져야 한다고 생각됩니다. Thomson, 4년 전에 같은 연구 결과를 발표한 바 있습니다.[7][6][8][9]

1804년 나폴리에서 일하던 톰슨은 크라스노자르스크 운석을 질산으로 처리하여 산화로 인한 칙칙한 파티나를 제거했습니다. 산이 금속과 접촉한 직후 표면에 이상한 형상이 나타났는데, 그는 이를 상술한 바와 같이 상세히 설명했습니다. 남부 이탈리아의 내전과 정치적 불안정은 톰슨이 영국에 있는 동료들과 연락을 유지하는 것을 어렵게 만들었습니다. 이것은 그가 통신사가 살해되었을 때 중요한 통신을 상실한 것에서 증명되었습니다.[8] 그 결과 1804년 그의 연구결과는 Bibliothèque Britanque에 프랑스어로만 발표되었습니다.[6]: 124–125 [8][10] 1806년 초 나폴레옹은 나폴리 왕국을 침공했고 톰슨은 시칠리아로[8] 도망쳐야 했고 그해 11월 팔레르모에서 46세의 나이로 사망했습니다. 1808년, 톰슨의 작품은 이탈리아어로 (원본 영어 원고를 번역한) Atti del' Academia Delle Scienze di Siena에 사후에 다시 출판되었습니다.[11] 나폴레옹 전쟁으로 톰슨이 과학계와 접촉하는 것을 방해하고 그가 일찍 사망했을 뿐만 아니라 유럽 전역을 여행하는 것도 여러 해 동안 그의 공헌을 가렸습니다.

이름.

이 도형들의 가장 일반적인 이름은 Widmanstätten pattern과 Widmanstätten structure입니다. 그러나 몇 가지 철자 변형이 있습니다.

G의 발견 우선순위 때문에. Thomson, 몇몇 저자들은 이러한 수치를 Thomson 구조 또는 Thomson-Widmanstäten 구조라고 부를 것을 제안했습니다.[6][8][9]

라멜라 형성 메커니즘

패턴이 형성되는 방법을 설명하는 위상 다이어그램입니다. 첫 번째 유성 철은 오로지 태나이트로 구성되어 있습니다. 냉각 시 카마사이트가 태나이트에서 용해되는 위상 경계를 통과합니다. 니켈(헥사헤드라이트)이 약 6% 미만인 유성철은 완전히 카마사이트로 바뀝니다.
Widmanstätten 패턴, 금속광학 연마 단면

철과 니켈은 녹는점 이하의 온도에서 균일한 합금을 형성하며, 이 합금들은 태나이트입니다. 900~600℃ 이하의 온도(Ni 함량에 따라 다름)에서는 니켈 함량이 다른 두 가지 합금, 즉 Ni 함량이 낮은 가마사이트(5~15% Ni)와 Ni 함량이 높은 태나이트(최대 50%)가 안정적입니다. 옥타헤드라이트 운석은 카마사이트와 태나이트의 표준 사이에 니켈 함량을 가지고 있습니다. 이것은 느린 냉각 조건에서 카마사이트의 침전과 태나이트 결정 격자의 특정 결정학적 평면을 따라 카마사이트 판의 성장으로 이어집니다.

Ni-poor kamacite의 형성은 450~700°C의 온도에서 고체 합금에서 Ni의 확산에 의해 진행되며, 총 냉각 시간이 10 Myr 이하인 매우 느린 냉각 동안에만 발생할 수 있습니다.[13] 이것은 이 구조를 실험실에서 재현할 수 없는 이유를 설명합니다.

태나이트는 산에 더 잘 견디기 때문에 운석을 자르고, 연마하고, 산에 에칭하면 결정 패턴이 보입니다.

기브온 운석의 미세한 위드만슈테텐 패턴(라멜래 폭 0.3mm).

니켈 함량이 증가함에 따라 카마사이트 라멜라의 치수는 가장 조악한 것부터 가장 좋은 것까지 다양합니다. 이러한 분류를 구조적 분류라고 합니다.

사용.

니켈-철 결정은 고체 금속이 예외적으로 느린 속도(수백만 년 이상)로 냉각될 때에만 길이가 몇 센티미터까지 성장하기 때문에 이러한 패턴의 존재는 이 물질의 외계 기원을 강력하게 암시하며 운석에서 철 조각이 나올 수 있는지 여부를 나타내는 데 사용할 수 있습니다.[citation needed]

준비

캐년 디아블로 운석의 에칭된 조각으로 위드만슈테텐 패턴을 보여줍니다.

철 운석 위에서 위드만슈테텐 패턴을 드러내는 데 사용되는 방법은 다양합니다. 가장 일반적으로 슬라이스를 갈아서 연마하고 세척하고 질산이나 염화제2철과 같은 화학물질로 에칭한 후 세척하고 건조합니다.[14][15]

모양과 방향

팔면체
서로 다른 컷이 서로 다른 Widmanstätten 패턴을 생성합니다.

다른 평면을 따라 운석을 자르면 위드만슈테텐 도형의 모양과 방향에 영향을 미칩니다. 왜냐하면 8개의 헤드라이트에 있는 카마사이트 라멜레는 정확하게 배열되어 있기 때문입니다. 팔면체는 팔면체와 평행한 결정 구조에서 이름을 따왔습니다. 서로 반대 면은 평행하므로 8면체가 8개의 면을 가지고 있지만 가마사이트 판은 4세트밖에 없습니다. 철과 니켈-철은 외부 팔면체 구조를 가진 결정체를 형성하는 경우는 극히 드물지만, 이러한 방향은 외부 습관 없이 결정학적으로 명확하게 감지할 수 있습니다. 서로 다른 평면을 따라 팔면체 대칭을 갖는 다른 물질(또는 입방정대칭의 하위 분류인 팔면체 대칭을 갖는 다른 물질)을 절단하면 다음과 같은 경우가 발생합니다.

  • 세 축 중 하나에 수직으로 절단: 서로 직각인 두 개의 띠 집합
  • 8면체 면 중 하나에 평행하게 절단(결정학적 중심으로부터 동일한 거리에서 3개의 입방축을 모두 절단): 서로 60° 각도로 실행되는 세 개의 띠 집합
  • 다른 각도: 교차각이 다른 네 개의 밴드 세트

비계측 재료의 구조물

Widmanstätten structure라는 용어는 일부 지르코늄 합금의 바스켓 위브 구조와 같이 모상의 특정 결정학적 평면을 따라 새로운 상이 형성되는 결과로 기하학적 패턴을 갖는 구조를 나타내기 위해 비계측 재료에도 사용됩니다. Widmanstätten 구조는 모재의 결정립계 내에서 새로운 상이 성장하여 형성되며, 일반적으로 금속의 경도와 취성을 증가시킵니다. 단결정 상이 두 개의 분리된 상으로 침전되어 구조가 형성됩니다. 이러한 방식으로 Widmanstätten 변환은 마르텐사이트 또는 페라이트 변환과 같은 다른 변환과 다릅니다. 구조는 매우 정확한 각도로 형성되며, 이는 결정 격자의 배열에 따라 달라질 수 있습니다. 일반적으로 육안으로 볼 수 있는 구조물을 만들기 위해서는 매우 긴 냉각 속도가 필요하기 때문에 현미경을 통해 봐야 하는 매우 작은 구조물이 일반적입니다. 그러나 보통 합금의 특성에 큰 영향을 미치고 종종 바람직하지 않은 영향을 미칩니다.[16]

Widmanstätten 구조는 특정 온도 범위 내에서 형성되는 경향이 있으며, 시간이 지남에 따라 더 크게 성장합니다. 예를 들어, 탄소강에서, 강이 약 500°F(260°C)의 범위 내에서 장시간 유지될 경우, 템퍼링 중에 Widmanstätten 구조가 형성됩니다. 이러한 구조는 마르텐사이트의 결정 경계 내에서 시멘타이트의 바늘 또는 판 모양의 성장으로 형성됩니다. 이는 재결정을 해야만 완화할 수 있는 방식으로 강철의 취성을 증가시킵니다. 탄소 함량이 낮지만 공융 조성물(~0.8% 탄소) 근처에 있는 경우 페라이트로 만든 위드만슈테텐 구조는 탄소강에서 때때로 발생합니다. 이것은 펄라이트 내에서 페라이트의 긴 바늘처럼 발생합니다.[16]

Widmanstätten 구조는 다른 많은 금속에서도 형성됩니다. 특히 합금의 아연 함량이 매우 높을 경우 황동으로 형성되어 구리 매트릭스에서 아연의 바늘이 됩니다. 바늘은 보통 황동이 재결정 온도에서 냉각될 때 형성되며, 황동을 1,112 °F(600 °C)로 장기간 가열냉각하면 매우 거칠어집니다.[16] 텔루르 철은 운석과 매우 유사한 철-니켈 합금으로 매우 조잡한 위드만슈테텐 구조를 보여줍니다. 텔루르 철은 광석이 아닌 금속성 철이며, 우주에서 온 것이 아니라 지구에서 온 것입니다. 텔루르 철은 세계의 몇몇 곳에서만 발견되는 매우 희귀한 금속입니다. 운석과 마찬가지로 매우 거친 위드만슈테텐 구조는 냉각이 우주의 진공과 극미중력이 아닌 지구의 맨틀과 지각에서 발생했다는 점을 제외하고는 매우 느린 냉각을 통해 발전할 가능성이 높습니다.[17] 이러한 패턴은 400 °C 이하에서 수분에서 시간 동안 숙성되어 단사정계 ɑ″상을 생성하는 삼원계 우라늄 합금인 오디에서도 볼 수 있습니다.

그러나 이러한 육상의 Widmanstätten 구조는 철운석의 특징적인 구조와는 외관, 구성, 형성과정 등이 다릅니다.[citation needed]

철제 운석을 도구나 무기로 위조하면 위드만슈테텐 무늬는 남아 있지만 늘어지고 왜곡됩니다. 일반적으로 대규모 작업을 통해서도 대장간으로 패턴을 완전히 제거할 수 없습니다. 유성철로 칼이나 도구를 단조한 후 연마하면 금속 표면에 무늬가 나타나지만 원래 팔면체 모양의 일부와 얇은 라멜라가 서로 교차하는 모양을 유지하는 경향이 있습니다.[19]

참고 항목

참고문헌

  1. ^ 이 스탠튼 운석은 19세기 중반 버지니아 주의 스탠튼 근처에서 발견되었습니다. 니켈 철의 6개 조각이 수십 년에 걸쳐 발견되었으며, 총 무게는 270파운드였습니다.[3]
  1. ^ 틸만 스폰, 도리스 브루어, 토렌스 5세의 태양계 백과사전. Johnson -- Elsevier 2014 632페이지
  2. ^ 도미닉 펠란과 리안 디페나르: 저탄소강, 야금 및 재료 거래에서 Widmanstätten Ferrite Plate 형성 A, Volume 35A, 2004년 12월, p. 3701
  3. ^ Hoffer, F.B. (August 1974). "Meteorites of Virginia" (PDF). Virginia Minerals. 20 (3).
  4. ^ O. 리처드 노튼. 우주에서 온 암석: 운석과 운석 사냥꾼들. Mountain Press Pub. (1998) ISBN 0-87842-373-7
  5. ^ Schreibers, Carl von (1820). Beyträge zur Geschichte und Kenntniß meteorischer Stein und Metalmassen, und Erscheinungen, welche deren Niederfall zu begleiten pflegen [Contributions to the history and knowledge of meteoric stones and metallic masses, and phenomena which usually accompany their fall] (in German). Vienna, Austria: J.G. Heubner. pp. 70–72.
  6. ^ a b c d 존 G. 버크. 우주 파편: 역사 속의 운석. 1986년 캘리포니아 대학교 출판부 ISBN 0-520-05651-5
  7. ^ Thomson, G. (1804) "Essai sur le per malléable troubé en Sibérie parle Prof. 팔라스"(교수의 시베리아에서 발견된 가단철에 대한 에세이). 팔라스(Pallas), Bibliotèque Britannique, 27: 135–154; 209–229. (프랑스어)
  8. ^ a b c d e 기안 바티스타 바이, W. 글렌 E. 콜드웰. 이탈리아 지질학의 기원. 미국 지질학회, 2006, ISBN 0-8137-2411-2
  9. ^ a b O. 리처드 노튼. 캠브리지 운석 백과사전. Cambridge, Cambridge University Press, 2002. ISBN 0-521-62143-7.
  10. ^ F. A. Paneth. 위드만 스탯텐 피규어의 발견과 초기 복제품. 지오치미카 외 코스모치미카 악장, 1960, 18, pp.176–182
  11. ^ Thomson, G. (1808). "Saggio di G.Thomson sul ferro malleabile trovato da Pallas in Siberia" [Essay by G. Thomson on malleable iron found by Pallas in Siberia]. Atti dell'Accademia delle Scienze di Siena (in Italian). 9: 37–57.
  12. ^ O. 리처드 노튼, 프레데릭 C의 개인적 회고. Leonard 2008-07-05, Wayback Machine, Mortele Magazine – Part II
  13. ^ Goldstein, J.I; Scott, E.R.D; Chabot, N.L (2009), "Iron meteorites: Crystallization, thermal history, parent bodies, and origin", Chemie der Erde – Geochemistry, 69 (4): 293–325, Bibcode:2009ChEG...69..293G, doi:10.1016/j.chemer.2009.01.002
  14. ^ Harris, Paul; Hartman, Ron; Hartman, James (November 1, 2002). "Etching Iron Meteorites". Meteorite Times. Retrieved October 14, 2016.
  15. ^ Nininger, H.H. (February 1936). "Directions for the Etching and Preservation of Metallic Meteorites". Proceedings of the Colorado Museum of Natural History. 15 (1): 3–14. Bibcode:1945PA.....53...82N.
  16. ^ a b c 데이비드 A의 고대 및 역사 금속의 금속학과 미시구조. Scott – J. Paul Getty Trust 1991 페이지 20-21
  17. ^ 그린란드의 운석 철, 텔루릭 철 및 연철 바그 파브리티우스 부흐발트, 게르트 모스달 - 비덴스카벨리게 언더소겔세이 그론란드 1979 페이지 20페이지
  18. ^ Dean, C.W. (October 24, 1969). "A Study of the Time-Temperature Transformation Behavior of a Uranium=7.5 weight percent Niobium-2.5 weight percent Zirconium Alloy" (PDF). Union Carbide Corporation, Y-12 Plant, Oak Ridge National Laboratory. pp. 53–54, 65. Oak Ridge Report Y-1694.
  19. ^ 고대의 철과 강철, Vagn Fabritius Buchwald -- Det Konggelige Danske Videnskabernes Selskab 2005 페이지 26

외부 링크

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