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技術情報メモ36Technical information

36)機械材料学(材料の構造)

 固体は原子、イオン、分子などが相互に強い力で結合して一定の形状(容積)を保っています。この際、原子などが規則配列しているもの(結晶)とそうでないものがあります。規則正しく配列していないものを非晶質固体と呼びますが、この非晶質固体は液体が過冷却したため原子や分子間の結合が強固になったものと考えられています。

 結晶の構造は結合様式と結晶型により次のように分類されています。

 結合様式              結晶型         例         
@イオン結合            イオン結晶     NaCl、LiF など。
A共有結合             共有結合結晶    ダイヤモンド、SiO2 など。
B金属結合             金属結晶      Na、Fe など。
Cファン・デル・ワールス結晶    分子結晶      Ar、CH4 など。


 一定の原子間隔で集合した固体は原子配列が規則正しく並んだ結晶構造を形成します。ここで、任意に選定した座標軸において原子の位置を座標点とすると次式のようにベクトルで表すことができます。

  
=n1+n2b+n3  (n1、n2、n3は整数、その他はベクトル)−−−(1)

 ベクトル
の平行移動である限り、結晶の空間構造の同一性は保たれます。従って、原子配列は上式(1)で表される原子の積み重ねとなります。この積み重ねを空間格子、空間格子内の点を格子点、単位空間を単位格子、それらの各辺の長さa、b、cを格子定数と呼びます。
 実際の結晶についてその対称性を考慮して単位格子を求めると図1に示す14種類が得られます。これらをブラベー格子(Bravais lattices)と称します。ブラベー格子は1848年にAuguste Bravais(1811-1863)によって提唱された三次元格子モデルです。Auguste Bravaisはフランスの著名な物理学者です。また、対称面や対称軸により結晶を分けると図2に示す7種類の結晶系に分類できます。

 当事務所では人間行動に起因する事故・品質トラブルの未然防止をお手伝いします。また、ものづくりの現場の皆様の声を真摯に受け止め、ものづくりの現場における労働安全の構築と品質の作り込みをサポートします。 (2013.8.25)
 

図1.ブラベー格子(Bravais lattices)(出典:機械材料の基礎(美馬、長谷川))     

図2.結晶系(出典:機械材料の基礎(美馬、長谷川)、当事務所にて図の一部を合成した。)

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