結晶系 ☢️ 2022

材料の特性は、その原子がどのように配置されているかによって異なります。

結晶構造

私たちが使用するほとんどの材料は、結晶構造と呼ばれる繰り返しパターンを持っています。したがって、結晶性材料は、その原子が組織化され、3次元すべてで繰り返されます。

液体と気体は結晶ではありません。それらは原子の繰り返しパターンを持っていません。

結晶の例には、ダイヤモンドだけでなく、砂糖や塩も含まれます。

全部で7つの結晶系があります：

• キュービック
• 正方晶
• 斜方晶
• 菱面体
• 六角
• 単斜晶
• 三斜晶

注：菱面体晶と六角形はどちらも六角形ですが、2つの異なる結晶系です。そのため、6つの結晶系ファミリーがあると言う人もいます。

単位格子

ユニットセルは、材料の特性を維持するための最小限の構造です。素材を作るのはビルディングブロックです。

Bravaisは、各原子が構造のどこに入るのかを説明しています。

14のブラベ構造の1つを使用して、任意の結晶系を記述することができます。

ほとんどの金属は自然界に次のように存在します。

• 面心立方（FCC）
• ボディセンターキュービック（BCC）
• 六角形の最密充填（HCP）

面心立方

原子は、セルの各立方体の面の角と中央に配置されます。

体心立方

原子は立方体の角に配置され、別の原子は立方体の中心に配置されます。

六角形の最密充填（HCP）

HCP格子のセルは、7原子の上面と下面として視覚化され、正六角形を形成します。

中心原子の周り。これらの平面の間には、3つの原子の半六角形があります。

ユニットセルの周期表

各要素のユニットセルは、そのシンボルのすぐ下にあります。

緑で強調表示されているのはHCP要素です。

ヒント：クリックすると拡大します。

原子充填率

原子充填率は、単位体積中の原子体積の比率です。

これは、ユニットセル内に実際にいくつの原子があるかを示す方法です。

最も一般的なユニットセルの原子パッキングは次のとおりです。

• FCC = HCP = 74％（ユニットセルの26％のボイドスペース）
• BCC = 68％

多型と同素体

原子には同素体があり、ユニットセルも同様です。

そして、それはどのエンジニアにとっても同素体を非常に重要にします。

いくつかの材料はその形を変えるので、私たちはそれを私たちの利益のために使うことができます。

古典的な例は、BCCからFCCに変化し、BCCに戻る鋼です。すべて温度と熱伝達速度に依存します。

注：鉄/炭素の図では、熱伝達速度は考慮されていません。

温度に応じて代替構造を持つ重要な金属は次のとおりです。

• Ca
• Co
• Hf
• Fe
• Li
• Na
• Ti
• Y
• Zr

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