벽개
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1. 개요
벽개는 결정학적 면에 평행하게 광물이 쪼개지는 성질을 의미한다. 벽개는 벽개면의 개수에 따라 기저 벽개, 각주 벽개, 비각주 벽개, 입방 벽개, 능면체 벽개, 팔면체 벽개, 십이면체 벽개 등으로 분류된다. 벽개는 광물 식별, 전자공학, 보석 세공 등 다양한 분야에서 활용되며, 특히 반도체 웨이퍼 제작과 다이아몬드 커팅에 중요한 역할을 한다. 열개는 벽개와 유사하지만, 구조적 결함으로 인해 발생하는 현상이다.
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| 벽개 | |
|---|---|
| 결정의 쪼개짐 | |
| 정의 | 결정질 재료의 특성 |
| 관련 항목 | 구조 지질학, 암석학 |
| 참고 문헌 | Phillips, F. C. (1971). An Introduction to Crystallography (4th ed.). New York: John Wiley & Sons. 0-471-68804-4. R. T. (2005). Gems Their Sources, Descriptions and Identification (6th ed.). Elsevier Butterworth-Heinemann. 0-471-80580-7. |
| 관련 링크 | 흑연과 다이아몬드가 순수한 탄소로 구성되어 있는데 어떻게 그렇게 다를 수 있을까? - ScientificAmerican.com |
2. 벽개의 종류
벽개는 결정학적 면에 평행하게 형성되며, 광물에 따라 다양한 형태로 나타난다.[1] 조암 광물의 결정 구조에서 원자 간 결합력이 약한 면을 따라 깨지는 현상을 말하며, 이때 생성된 결정면을 벽개면이라고 한다.[1] 벽개는 경도뿐만 아니라 충격에 의한 취성(인성)과도 관련이 있다.
광물의 벽개는 "완전", "명료", "불명료", "없음" 등으로 분류되며, 벽개가 완전할수록 쉽게 쪼개진다.[6] 석영(수정)이나 석류석처럼 결정면에서 원자 간 결합이 강한 경우에는 벽개가 잘 나타나지 않는다. 반면, 다이아몬드는 완전한 벽개를 가지며, 정팔면체 면에 평행하게 쪼개져 가공이 용이하다.
금속은 소성이 커서 벽개가 잘 보이지 않는다. 비취와 같이 미세 결정이 치밀하게 모여 있는 구조의 암석은 인성이 커서 정밀한 세공에 유리하다.
2. 1. 기저 벽개 (면상 벽개)
기저 벽개(면상 벽개)는 한 방향으로 뚜렷하게 나타나는 벽개이다. 활석, 운모(백운모 또는 흑운모) 등이 대표적인 예시이다.[1] 흑운모는 얇은 판 형태로 쉽게 쪼개지는 특징을 가지는데, 이는 흑운모가 기저 벽개를 가지기 때문이다.[1]
2. 2. 각주 벽개
조암 광물 중 휘석과 각섬석은 모두 두 방향으로 벽개면을 가지지만, 휘석에서는 벽개면이 거의 직각으로 교차하는 반면 각섬석은 그렇지 않다는 차이가 있어 광물 감정에 이용된다.[5]2. 3. 비각주 벽개
비각주 벽개는 결정 내에 90°가 아닌 각도로 교차하는 두 개의 벽개면이 있을 때 발생한다 (두 개의 수직이 아닌 벽개 방향, 예: 60° & 120°).[1]2. 4. 입방 벽개
입방 벽개는 결정 내에 90°로 교차하는 ''세 개의'' 벽개면이 있을 때 발생한다.[1] 할라이트(소금)는 입방 벽개를 가지며, 따라서 할라이트 결정이 부서지면 더 많은 입방체가 형성된다.[1]2. 5. 능면체 벽개
방해석은 90도가 아닌 각도로 교차하는 세 방향의 벽개를 가지는 대표적인 광물이다. Rhombohedral cleavage|능면체 벽개영어는 이처럼 세 방향의 벽개면이 90도가 아닌 각도로 교차할 때 발생한다.[1] 방해석은 탄산칼슘(CaCO3) 성분으로 이루어져 있으며, 쪼개면 평행육면체 모양이 된다. 방해석은 건축 재료, 시멘트 원료, 제산제 등 다양한 용도로 활용된다.2. 6. 팔면체 벽개
팔면체 벽개는 결정 내에 네 방향의 벽개면이 있을 때 발생한다.[1] 형석은 완벽한 팔면체 벽개를 나타내며, 다이아몬드 또한 팔면체 벽개를 가진다.형석과 다이아몬드는 대표적인 팔면체 벽개의 예시이다. 형석은 불소(F)를 함유한 광물로, 제철 과정에서 불순물 제거, 광학 렌즈 제작 등에 사용된다. 다이아몬드는 탄소(C)로만 이루어진 광물로, 뛰어난 경도와 함께 팔면체 벽개를 이용하여 정교하게 세공된다.
2. 7. 십이면체 벽개
섬아연석은 결정 내에 여섯 개의 벽개면을 가지는 십이면체 벽개의 대표적인 예시이다.[1]3. 열개
열개(裂開, parting)는 벽개와 유사하지만, 외부 응력이나 쌍정 형성, 또는 다른 광물의 용리와 같은 구조적 결함 때문에 발생하는 현상이다.[3] 벽개와 달리 특정 광물의 모든 표본에서 나타나지는 않는다. 자철석, 강옥, 휘석 등이 열개를 보이는 대표적인 광물이다.[1]
4. 벽개의 활용
벽개는 광물 식별, 보석 세공, 전자 산업 등 다양한 분야에서 활용된다.
광물 식별에서 사방휘석과 각섬석은 벽개면 각도 차이(각각 88–92°, 56–124°)를 통해 구별할 수 있다.[1] 조암 광물 결정에서 운모, 방해석, 형석 등은 완전한 벽개를 보이지만, 석영(수정)과 석류석은 벽개가 잘 나타나지 않는다. 다이아몬드는 완전한 벽개를 보여 가공이 용이하다.
보석 세공에서 다이아몬드 커팅은 벽개를 이용하며, 벽개가 없는 석영(수정)이나 비취는 복잡한 형태로 가공할 수 있다.
전자 산업에서 결정 벽개는 중요하다. 반도체 재료의 합성 단결정은 얇은 웨이퍼 형태로 판매되며, 실리콘 웨이퍼는 쉽게 벽개된다.
4. 1. 광물 식별
벽개는 광물을 식별하는 데 사용되는 중요한 물리적 특성 중 하나이다. 손 크기의 표본뿐만 아니라 암석 및 광물 연구에서 현미경을 사용할 때도 벽개를 통해 광물을 식별할 수 있다. 예를 들어, 사방휘석은 각주 벽개면 사이의 각도가 88–92°이고, 각섬석은 56–124°로 서로 다르므로, 이 각도를 통해 두 광물을 구별할 수 있다.[1] 휘석과 각섬석은 모두 2방향으로 벽개면을 가지지만, 휘석은 벽개면이 거의 직각으로 교차한다는 특징이 있어 광물 감정에 활용된다.[5]조암 광물의 결정에서 운모, 방해석, 형석 등은 결정면에서 원자 간 결합이 약해 완전한 벽개를 보이지만, 석영(수정)과 석류석은 결합이 강해 벽개가 잘 나타나지 않는다. 다이아몬드는 정팔면체 면을 따라 쪼개지는 완전한 벽개를 가지고 있어 가공에 용이하다.
4. 2. 보석 세공
보석은 일반적으로 다이아몬드 커팅처럼 충격으로 벽개가 일어난다. 다이아몬드는 정팔면체의 면에 평행하게 쪼개지는 "완전"한 벽개를 가지는 특성이 있어 가공을 용이하게 한다.[1]석영(수정)이나 비취처럼 벽개가 없는 것은 커팅은 어려워지지만 복잡하고 치밀한 조각과 같은 형태로 마무리할 수 있다. 반면, 벽개를 가진 보석을 벽개면에 따르지 않는 형태로 커팅하면 연마 공정이나 일상 사용에서의 부하로 쉽게 깨질 가능성이 있기 때문에 커팅이나 형태가 제한된다.[1]
모스 경도 10의 다이아몬드 커팅은 벽개를 이용한다. 벽개면에 따르지 않는 면은 다이아몬드끼리 연마하여 형성한다. 시장에 유통되는 커팅된 다이아몬드 중 투명도가 낮은 상품은 내포물이나 크랙(금)이 원인이 되어 벽개에 의해 깨지기 쉬우므로 시장 가치가 낮아진다.[1]
4. 3. 전자 산업
전자공학 산업에서 결정 벽개는 기술적으로 중요하다. 반도체 재료의 합성 단결정은 일반적으로 벽개가 훨씬 쉬운 얇은 웨이퍼로 판매된다. 실리콘 웨이퍼를 부드러운 표면에 대고 다이아몬드 스크라이브로 가장자리를 긁기만 해도 벽개를 일으키기에 충분하다. 그러나 칩을 형성하기 위해 웨이퍼를 다이싱할 때는 더 나은 제어를 위해 스코어링 및 파단 절차를 따르는 경우가 많다. 원소 반도체(실리콘, 게르마늄, 다이아몬드)는 다이아몬드 입방 구조를 가지며, 이 구조에서는 팔면체 벽개가 관찰된다. 이는 웨이퍼의 일부 방향에서 거의 완벽한 직사각형으로 벽개가 가능함을 의미한다. 다른 상업용 반도체(GaAs, InSb 등)는 유사한 벽개면을 가진 관련 섬아연광 구조로 만들 수 있다.5. 한국의 벽개 활용 역사
한국에서는 예로부터 다양한 광물의 벽개 특성을 활용해 왔다.
참조
[1]
서적
Manual of Mineralogy
https://archive.org/[...]
Wiley
1985
[2]
웹사이트
How can graphite and diamond be so different if they are both composed of pure carbon?
https://www.scientif[...]
2020-11-25
[3]
논문
Boehmite exsolution in corundum
http://www.minsocam.[...]
2020-11-25
[4]
웹사이트
劈開
2024-11-09
[5]
문서
1999
[6]
웹사이트
鉱物の割れ方
https://www2.city.ku[...]
倉敷市立自然史博物館
2024-11-09
[7]
서적
Manual of Mineralogy
Wiley
1985
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