結晶とその滑り系
はじめに
結晶は、原子が規則正しく繰り返し配列された固体材料である。これらの原子の配列方法は、応力下で変形する能力など、材料の機械的特性に影響を与える。結晶における変形の重要なメカニズムのひとつはスリップであり、これは応力下で原子の層が互いに移動することで起こる。結晶がスリップを起こす能力は、その結晶構造と利用可能なスリップシステムの数に依存する。
スリップ系
スリップシステムは、スリップ面とスリップ方向の組 み合わせで構成されます。すべり面は、原子密度が最も高い面であり、原子が最も 密着しているため、層が互いにすべりやすくなっている。すべり方向は、変形中に原子が動く方向である。すべり方向の多い結晶は延性が高く、変形しやすい。
結晶の種類とすべり系
1.FCC（面心立方）結晶：
- すべり系：FCC結晶には12個のすべり系があり、すべり系が多い ため延性が高く、応力下で容易に変形します。一般的な例としては、アルミニウム、銅、金などがある。
- スリッププレーン：{結晶の中で最も密度の高い面。
- スリップ方向: <110>、結晶中で最も密度の高い方向。
2.BCC（体心立方）結晶：
- スリップシステム：BCC結晶は12のスリップシステムを持つが、室温ではあまり活性がない。BCC材料は、低温では脆く、高温になると延性が増す傾向がある。鉄や クロムなどがその例。
- スリップ面：{110}面、{112}面、{123}面があるが、FCC結晶よりも密度が低い。
- スリップ方向：<111>。
3.HCP（六方最密充填）結晶：
- 滑り系：マグネシウムや チタンがその例。
- スリッププレーン：{0001}、最も密に詰まった面。
- スリップ方向：<11-20>。
よくある質問
結晶のスリップ系とは何ですか？
スリップシステムとは、スリップ面（最も原子密度が高い面）とスリップ方向（変形時に原子が移動する方向）の組み合わせです。これにより、結晶が応力下でどのように変形できるかが決まります。
なぜFCC結晶はBCC結晶やHCP結晶よりも多くのすべり面を持つのですか？
FCC結晶は原子がより密に詰まっているため、原子の層が互いに滑りやすくなっており、スリップ系が12個あります。その結果、BCC結晶やHCP結晶に比べて延性が高くなります。
すべり系の数は材料の延性にどのように影響するのですか？
結晶のすべり系の数が多ければ多いほど、材料が壊れずに変形しやすくなり、延性が高くなります。12個のすべり系を持つFCC結晶は、活性すべり系 の数が少ないBCC結晶やHCP結晶よりも延性が高い。
すべり系は材料の強度に影響しますか？
はい、すべり系の数は材料の強度に影響します。HCP結晶のように活性すべり系が少ない材料は、強度は高いが脆い傾向があり、FCC結晶は一般的にすべり系の数が多いため、強度は低いが延性が高い傾向があります。
なぜBCC結晶は低温で脆くなるのですか？
低温では、BCC結晶は活性すべり系が少なく、変形し にくくなります。その結果、応力下で破壊しやすくなり、低温で脆い挙動を示す。
