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更新日 2025-11-18
投稿日 2024-07-22
材料科学や冶金学において、複数の物質からなる合金やセラミックスの性質を理解する上で、状態図は欠かせないツールです。特に、実用的な材料開発では三種類以上の元素を扱う三元系状態図の理解が鍵となります。しかし、三元系状態図は組成と温度を含めた三次元空間の情報を内包するため、その全体像を平面上に視覚的に把握するのは容易ではありません。そのため、この複雑な情報を効果的に伝えるための様々な表示方法が存在します。本稿では、三元系状態図の三角形の辺に、その基礎となる三つの二元系状態図を併せて表示するタイプの図に焦点を当てます。この表示形式は、三元...
材料科学や冶金学において、複数の物質からなる合金やセラミックスの性質を理解する上で、状態図は欠かせないツールです。特に、実用的な材料開発では三種類以上の元素を扱う三元系状態図の理解が鍵となります。しかし、三元系状態図は組成と温度を含めた三次元空間の情報を内包するため、その全体像を平面上に視覚的に把握するのは容易ではありません。そのため、この複雑な情報を効果的に伝えるための様々な表示方法が存在します。本稿では、三元系状態図の三角形の辺に、その基礎となる三つの二元系状態図を併せて表示するタイプの図に焦点を当てます。この表示形式は、三元系全体の液相面投影図と、各二元系の相変化を対比させることで、立体的な状態図を平面上に「展開図」のように示し、全率固溶型状態図における液相線と液相面の繋がり、および凝固完了後の相構造を体系的に解説します。
三元状態図の表示には色々なタイプがありますが、三角形の辺に二元系状態図を表示するタイプもあります。この状態図の模式図を下図に示します。
図.三元状態図と二元系状態図の表示
最も単純な全率固溶型状態図を表しています。そして三角形の中では液相面投影図を表しています。
液相面に表示された温度は二元系状態図の液相線につながっています。これを点線でAB、BC状態図に表します。このタイプの表示は立体的な三元状態図の展開図のように描かれます。AC状態図には液相面の交点がないのでAB、BCのような点線はありません。しかし、この3つの二元系状態図は繋がっています。凝固が完了するとABCがどんな組成でも一つの固溶体αとなります。
次回に続きます。
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福﨑 昌宏
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