프랑크-리드 원 (Frank-Read Source)
쉽게 풀면
금속을 많이 변형시키면 전위의 밀도가 오히려 크게 늘어나는데, 원래 있던 전위가 다 빠져나가면 변형이 멈춰야 하는데도 그렇지 않은 이유가 필요합니다. 프랑크-리드 원은 그 해답으로, 양 끝이 다른 결함에 붙잡혀 움직이지 못하는 전위 선분이 가운데만 부풀어 오르다가 한 바퀴 돌아 스스로를 만나면 하나의 전위 고리를 떼어내고 원래 선분은 그대로 남는 과정입니다. 이 과정이 반복되면 전위가 끝없이 공급됩니다. 비눗방울을 부는 빨대처럼 같은 자리에서 고리가 계속 생겨난다고 보면 이해하기 쉽습니다.
왜 중요한가
소성변형이 지속되는 동안 전위가 어떻게 계속 공급되는지를 설명하는 표준 기구여서, 가공경화 이론의 출발점이 됩니다. 전위 증식과 상호 얽힘이 결국 가공경화를 만든다는 설명은 이 기구를 전제로 구성됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
전위가 증식하면 서로의 이동을 방해하게 되어 재료가 점점 단단해진다는 흐름을 설명하는 문장입니다.
조금 더 깊게 보면
이 기구가 작동하려면 선분의 길이에 반비례하는 크기의 임계응력이 필요합니다. 즉 고정점 사이의 간격이 짧을수록 더 큰 응력이 있어야 고리를 뽑아낼 수 있습니다. 이는 석출물 사이를 전위가 빠져나갈 때 필요한 응력을 다루는 오로완 기구와 수식 형태가 같으며, 두 경우 모두 '휘어지는 전위선의 선장력'이 핵심입니다. 실제 재료에서는 전위망의 마디, 결정립계, 표면 계단 등이 고정점이 되며, 삼차원 전위망에서는 한쪽 끝만 고정된 형태의 회전 증식도 함께 일어납니다.
주의할 점
프랑크-리드 원은 전위를 '만들어내는' 기구이고, 교차 슬립은 이미 있는 전위가 경로를 바꾸는 현상입니다. 둘 다 전위 밀도 변화에 관여하지만 역할이 다릅니다. 또한 이 기구는 이론적 모델이므로, 실제 관찰에서는 여러 증식 기구가 함께 작동한다는 점을 유념해야 합니다.