転位


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概要

転位(てんい、dislocation)とは材料中に存在する線欠陥である。
材料の塑性変形に深く関係しており、構造材料ではもっとも重要な欠陥である。
本項目は非常に重要かつ広い分野に渡っているので、本ページでは概要を述べ、関連項目を充実させることとする。

歴史

歴史的には、金属の降伏強度が理論的に予測される値よりも極めて小さかったことが始まりである。
理論的に予測される降伏応力はせん断面上の原子をすべて1原子分だけ動かすのに必要な応力であり、
オロワンはそのせん断応力をG/2πと示した。
しかし実際には高純度な金属ではG/10^5程度と、極めて小さな値であった。
そこで、転位という線欠陥がオロワンらによって1934年に提案された。
しかし、金属学への招待によれば、実際に確認できない欠陥に対する反論も多かった。
1950年代には電子顕微鏡が発明され、実際に転位が観察された。

転位の種類

転位には
の2種類がある。
この2つの成分が混ざった混合転位を入れれば3つだが、基本的な構成単位は刃状転位とらせん転位である。
以下で説明する転位線とバーガースベクトルの向きが平行であればらせん転位、垂直ならば刃状転位と呼ばれる。
刃状転位とらせん転位は構成成分であるが、転位の大きさによって
などの種類がある。完全転位はバーガースベクトルの大きさが原子間隔分、半転位は原子間隔に満たないもの、超格子転位は原子間隔の2倍のものである。
他にも半転位がさらに分解したりすることもある。

転位のモデルと理解

転位は普通一部を持ち上げた絨毯や尺取虫を例に上げて解説することが多い。
ここでは尺取虫は苦手なので絨毯を例にあげて説明する。
絨毯が一枚しかれてあるとして、絨毯の端をもってズルズルと引っ張るのが転位のない結晶である。
絨毯全体が地面についているので摩擦力が大きく、動かすためには大きな力がいる。
しかし、絨毯の一部を持ち上げてその持ち上げた部分をズルズルと端まで動かしても、動いていると思う。
筆者は残念ながらやったことないが、動いているはずだ。
これと同様なものが転位と説明される。
なるほどモデルとしてはわかった。では実際は?というところだが、義家研究室 のページが参考になる。
この項目の存在意義が危ういが、気にせずに行く。
刃状転位のモデルは分かりやすい。余分な原子面を一枚入れてみればいい。その原子面の下に存在する線が転位線だ。
余分な原子面が右に動けばもうずれている。
らせん転位は少々理解が困難だ。らせん転位で詳しく扱う。

転位の役割

転位は材料の中で様々な働きをする。
該当ページで詳しく扱う


関連項目


参考文献

およそすべての材料の本が転位について触れてあるが、以下に個人的によかったと思う本を挙げる
  • 金属学ミニマムマキシマム
  • 初級金属学(内田老鶴圃)
  • 金属材料の組織と加工
  • 入門転位論
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