

岡田 康介
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共晶とは?
まず結論から言います。共晶とは、2つ以上の成分を混ぜたとき、特定の割合と温度で液体が同時に固まる現象のことです。英語では eutectic と呼ばれます。普段私たちが日常で体験する機会は少ないのですが、材料を作るときの“最も低い融点”を作る技術としてとても大切な考え方です。共晶点という温度が、混ぜた成分の性質を決める分かれ道になるのです。
直感的に分かりやすく言うと、共晶は「特定の割合で混ぜたときだけ、液体が一気に固まる瞬間」がある状態です。通常は別々の成分が順番に固まるのですが、共晶では複数の成分が同時に結晶化します。こうした性質があると、材料の硬さや溶ける温度、加工のしやすさが決まりやすくなります。
身近な例と使われ方
身の回りで最もよく挙げられる例としてはんだがあります。はんだは錫と鉛を混ぜた共晶合金の一種で、特定の割合で混ぜると比較的低い温度で溶け、固まる時も滑らかです。現在は鉛を含まない代替合金も多く使われており、それらもやはり共晶という考え方に基づいて設計されています。こうした共晶の設計のおかげで、電子機器の部品をはんだ付けする作業が安全で安定します。
表で見る共晶のポイント
また、共晶点は材料の設計や加工条件を決めるうえでとても重要です。 共晶の性質を知っていれば、どの温度でどう固まるかを予測しやすくなり、失敗を減らすことができます。
よくある誤解とポイントの整理
・誤解1: 共晶点は必ず低温とは限らない。組成次第で低くなることも高くなることもある。
・誤解2: 共晶は一種類の固体が生まれるわけではない。液体が冷えたとき、複数の固体相が同時に現れることもある。
・誤解3: 共晶は美しい結晶だけの話ではない。実際には製造時の温度管理や組成設計の話です。
学習のヒント
- 用語の意味を紙に書く: 共晶点と共晶の関係を図で描くと理解が深まります。
- 身近な例を探す: 金属の合金やはんだ付けの話を読むと具体的なイメージがつきます。
- 数式は後から: 最初は概念をつかむことを優先し、後で温度と組成の関係を学ぶとスムーズです。
もしこの話題をもっと詳しく知りたい場合は、材料工学の基礎用語集を手に取ってみましょう。共晶は難しく見えますが、基本の考え方さえつかめば、さまざまな分野で役立つ“設計の考え方”として活用できます。
共晶の同意語
- エウテクト
- 英語の eutectic の日本語表記。二成分以上の混合物が取りうる最も低い融点を示す性質を指す、共晶の代表的な言い換えです。
- エウテクト点
- エウテクト点は、混合物の融点が最も低くなる特定の温度のこと。ここで液相が固相と同時に結晶化します。
- 共晶点
- 共晶点は、二成分以上の混合物が最も低い融点を示す点のこと。組成と温度がこの点になると、液相が同時に結晶化します。
- 共晶混合物
- 共晶の組成比で作られる混合物のこと。融点が共晶点で決まり、凝固時に複数の成分が同時に析出します。
- 共晶相
- 共晶点で現れる特有の結晶相のこと。共晶反応の後に現れる微細構造を指すことがあります。
- 共晶組成
- 共晶を成立させるとされる特定の組成比のこと。
共晶の対義語・反対語
- 非共晶
- 共晶反応を伴わない状態・性質。共晶点を超えた領域や、共晶組成に該当しない組成で、二つの固相が同時に析出する共晶現象が起きないことを指す。
- 非共晶系
- 共晶反応を含まない系・系統。全体として共晶点を通らない設計や、単一相・非共晶構造を示す場合を指すことが多い。
- 低共晶組成
- 共晶組成よりも成分比が低い領域の組成。低共晶領域では一次相が先に析出し、その後に共晶反応を経ることがある。
- 高共晶組成
- 共晶組成よりも成分比が高い領域の組成。高共晶領域でも一次相の析出の後に共晶反応が進むことが多い。
- 過共晶
- 過剰な共晶領域。高共晶とほぼ同義で、共晶点を越えた組成を指す表現。
- 単一相固溶体
- 材料が一つの結晶相からなる固溶体。共晶系とは異なり、二相の共晶反応を伴わず、均質な一相状態を指す。
- 一相系
- 全体が一つの相で構成される系。共晶を生じない単一相の状態を表すことが多い。
共晶の共起語
- 共晶点
- 液体が二つの固相へ同時に変化する点。二成分系や多成分系の相図で現れる、最小融点を示す特異点です。
- 共晶温度
- 共晶点を成す温度。Lがαとβへ同時に凝固する際の温度です。
- 共晶組成
- 共晶点を成立させる組成のこと。系の成分比がこの値になると共晶が起きます。
- 共晶反応
- 液相が固相へ、同時に2種類の固相 α・βへ変化する反応。L → α + β の反応として知られます。
- エウテクト
- 英語の eutectic の日本語表記。共晶と同義に使われ、論文や教科書にも見られます。
- 二元系共晶
- 二成分系における共晶現象。相図上に共晶点が現れ、低融点の区間を作ります。
- 三元系共晶
- 三成分系における共晶現象。三つの成分で共晶点が存在します。
- 多元系共晶
- 四成分以上の系で現れる共晶。複雑な相図になることがあります。
- 共晶相図
- 共晶を含む相図の総称。液相、固相、共晶相の平衡関係を表します。
- 共晶合金
- 共晶組成を持つ合金。凝固時に共晶反応が発生します。
- 共晶粒
- 共晶組成で析出する固相の微小粒子。微細組織の一部として現れます。
- ラメラ状共晶組織
- 共晶の微細構造の一つ。薄い層状のラメラ構造を形成します。
- 胞状共晶組織
- 共晶の微細構造の一つ。球状の小さな共晶相が散在します。
- 共晶微細組織
- 共晶組成で形成される微細構造全般。ラメラ状・胞状などを含みます。
- 過共晶
- 共晶組成よりも成分が多い場合の系。一次相が析出し、その後に共晶反応が起きることがあります。
- 低共晶
- 共晶組成よりも成分が少ない場合の系。一次相が析出し、その後に共晶反応が起きます。
- 液相・固相・固液共存
- 共晶点付近の状態。液相と2種類の固相が同時に共存します。
共晶の関連用語
- 共晶
- 液体が特定の組成と温度で、2つの固相へ同時に凝固する現象。Pb–Snなどの二元系で有名な現象。
- 共晶点
- 共晶反応が起こる温度と組成の点。液相が2つの固相へ同時に凝固する特定の点。
- 共晶温度
- 共晶点の温度。液体が2つの固相へ同時に固化する温度。
- 共晶組成
- 共晶点を決定づける成分の割合。二成分系での特定の組成値。
- 共晶反応
- 液相 L が冷却されて α 相と β 相へ不変反応として変化する反応。L → α + β。
- 不変反応
- 温度が一定のまま進行する反応。共晶反応や共析反応は代表的な不変反応。
- 二元系
- 成分が2つの系。二成分系の相図において共晶現象がよく現れる。
- 相図
- 温度と組成を軸に、物質の相(固相・液相など)の変化を図で表したもの。
- 液相線
- 液相が安定する領域を区切る境界線。液体が存在できる温度と組成を示す。
- 固相線
- 固相が安定する領域を区切る境界線。固体が存在できる温度と組成を示す。
- 二相区
- 2つの相が共存する領域。共晶点の周辺には典型的に二相区が現れる。
- 共晶合金
- 共晶組成を含む合金。共晶点でL → α + βを同時に起こす特性を持つ。
- 低共晶組成
- 共晶組成より低い組成。先に主成分の固相が析出し、その後に共晶反応が起こるパターン。
- 高共晶組成
- 共晶組成より高い組成。先に別の相が析出し、その後に共晶反応が起こるパターン。
- ラメラ状共晶組織
- 共晶点で凝固したときに現れる、α相とβ相が層状に並ぶ微細構造。
- 共析
- 固相が1つの固相から2つ以上の固相へ変化する固相変態。鉄–炭素系では γ → α + Fe3C が代表例。
- 共析点
- 共析反応が起こる特定の点。鉄–炭素系では727°C・0.76% C の共析点が代表的な例。
共晶のおすすめ参考サイト
- 共晶(きょうしょう)はんだとは - 有限会社 精工電子製作所
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- 共晶(キョウショウ)とは? 意味や使い方 - コトバンク
- 共晶はんだとは?現在も共晶はんだが必要な理由とは? | 基礎知識