초록
입자수, 압력, 온도일정의 앙상블(NPT-ensemble) 분자동력학(MD) 시뮬레이션을 이용하여 300$^{\circ}$K에서 $\alpha$-quartz의 결정축에 따른 일축압축강도를 계산하고, 자연산 $\alpha$-quartz 단결정 코아를 제작하여 일축압축강도시험을 실시하였다. $\alpha$-quartz 단결정 코아에 대한 일축압축시험에서 측정된 결과에 의하면 재하 방향이 c축에 평행한 경우가 수직인 경우보다 높은 강도를 나타내지만, MD 시뮬레이션에서 계산된 완전무결함 $\alpha$-quartz의 경우 이와 반대의 결과를 보이고 있다. 두 경우 모두 재하방향에 따른 강도 이방성을 보이고 있으나, 그 이유는 서로 다르다. MD 시뮬레이션에 의해 계산된 무결함 $\alpha$-quartz의 강도 이방성은 결정구조의 차이에 기인하는 것으로 사료된다. 이에 반해 일축압축시험을 통해 측정된 $\alpha$-quartz의 강도 이방성은 결정성장과정에서 생기는 주상 미세결함에 의해 영향을 받는다.
We carried out NPT-ensemble (constant-number of particles, pressure, and temperature) Molecular Dynamics (MD) simulations for measuring strength anisotropy under uniaxial compressive stress rotated to the crystallographic axes in $\alpha$-quartz. Uniaxial compressive strengths of a single quartz crystal were measured in directions of the a- and c-axis. Measured uniaxial strength of a single quartz crystal was higher in the direction parallel to the c-axis than that measured in the direction normal to the c-axis. However the reverse was found in calculated uniaxial strengths by MD simulation. The contradictive result of strengths was observed in both cases but was found to be different in origin. Strength anisotropy of defectless $\alpha$-quartz crystal in MD simulation is basically caused by structural difference of quartz. By contrast, anisotropy of measured strength in the uniaxial compression test is related to oriented micro-defects developed during crystal growth.
