金属概論:金属の基礎

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  【金属の結晶構造】

 物体が外力で変形した場合に,食塩などのイオン結合の物質やガラスなどの共有結合の物質では,結合が破壊し損傷を受ける。しかし,金属結合では結合電子が自由に動き回れるため,原子自体の移動も容易で,周りの電子が動ける範囲において,金属結合は破壊されずにすむ。これが,組成変形の容易や展延加工が可能な性質に寄与している。
 さらに,原子の移動し易さ,すなわち延性や展性は,金属の結晶構造にも依存する。金属の原子配列は,ほとんどの場合,図に示す面心立方格子構造 (fcc),体心立方格子構造(bcc),六方最密充填構造 (hcp) に分けられる。

主要な結晶構造

主要な結晶構造

  原子の移動し易さ,すなわち延性や展性は,金属の結晶構造にも依存する。面心立方格子構造の金属では,単位格子に所属する原子 4個であるのに対し,体心立方格子構造および六方最密充填構造では,単位格子に所属する原子 2個となる。従って最密充填となる構造は面心立方格子である。
 面心立方格子は 4方向の面で構成する様な構造になっているため,外部からの応力で容易に変形しやすい。
 一方,体心立方格子は,面心立方格子を一方向に押しつぶした構造であるため,面心立方格子に比較して面状での原子のずれ易さが劣る。
 六方最密充填では,外部の応力に対して,ずれる面が一方向のみであるため,外力に対するずれの抵抗が大きい。すなわち,硬くて脆い金属といえる。

【参考資料】
 1)大澤直 『金属のおはなし』 日本規格協会,2008年
 2) 伊藤尚夫,無機化学シリーズ11「金属元素の化学」培風館,1972年
 3) 齋藤勝裕 『金属のふしぎ』 ソフトバンククリエイティブ,2009年

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