転位

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刃状転位
螺旋転位
転移の移動による変形のイメージ図

転位(てんい、: dislocation)は、材料科学用語で、結晶中に含まれる、線状の結晶欠陥のことである。外力等によって、転位近傍の原子が再配置されることによって転位の位置が移動し、材料が変形するため、変形に要する力は原子間の結合力から理論的に計算される力よりも小さく、金属の硬さ(変形のしにくさ)は、転位の動きやすさが決めている。転位が動くことによって、金属等は外力に対して、破壊せずに変形する塑性変形を起こす。このようなメカニズムをOrowanらが解明することによって結晶力学は飛躍的に進歩し塑性変形強度の基本原理となった。

概要[編集]

転位には、刃状転位(はじょうてんい、: edge dislocation)と、螺旋転位(らせんてんい、: screw dislocation)と、2つが混合した混合転位がある。刃状転位は、転位のない結晶に余分面を無理やり押しこんだ形の結晶欠陥である。螺旋転位は、転位線に対して平行に結晶面がずれているものをいう。転位線の周りの原子の不一致の向きを、バーガース・ベクトル英語版で表し、刃状転位は転位線とバーガース・ベクトルが垂直で、螺旋転位は転位線とバーガース・ベクトルが平行である。混合転位では、転位線とバーガーズ・ベクトルが平行でも垂直でもなく、刃状転位と螺旋転位の両方の性質をもっている。

1930年代に、材料の理論的剪断強度をエゴン・オロワン英語版が求めている。

\tau_m = \frac {G} {2 \pi}

ここで、G剛性率、τmせん断強度である。

実際の金属の剛性率が約20GPaから150 GPaであるのに、せん断強度は 0.5MPaから10 MPaにすぎない。オロワンらによって金属の転位の概念が導入された。 これにより、金属結晶の強度の議論が理論的に可能になり、さらにはその後確立された「破壊力学」とセットにした材料強度学への発展と繋がっている。


関連項目[編集]