金相学の誕生と材料科学への発展
小

岩

昌

宏

による観察である．

.

は じ

め

に

1808 年，オーストリアの王立工業製品蒐集館の館長ウィ

ドマンステッテン( Count Alois von Beckh Widmanst äatten )私が学生であった頃，冶金学科の学生が最初に受講する専は，隕鉄の研磨面を希薄硝酸で腐食し肉眼で観察した．以

門科目は「金属組織学」であり，状態図の読み方，金属の組

前，印刷業を営んでいた経験を生かし，腐食表面にインクを織形成の原理が主な内容であった．状態図を使いこなせるこ

つけて紙に転写して詳しく観察した．針状の析出物が特定のとが冶金学(金属工学)を学んだ学生と他専攻の学生との大き結晶面に沿って配列しているのが見られた．その美しい幾何な差異であり，強みであると聴かされた．学科名や講義の科学的な格子模様は「ウィドマンステッテン組織」と呼ばれて目名はいろいろ変わっても，材料関係の基幹講義として「状いる．「研磨して腐食する」する手順は，その後の組織観察

態図と微細組織」に関する教育が重要であることに変わりはの標準的方法となるもので画期的であったけれども，肉眼観ないであろう．「金属組織学」はメタログラフィー( Metal-

察が主であったので長い間人々の関心を呼び起こすことがな

lography)の訳語であり，「金相学」と呼ばれることもある．

いままに過ぎた．

本稿では，メタログラフィーの誕生と，その材料科学への1864 年 ， 英 国 Sheffield の 冶 金 学 者 の ソ ル ビ ー ( Henry

発展を概観する．また，メタログラフィーの学問としての基Clifton Sorby )はウィドマンステッテンに倣って，金属また礎を固めたタンマン，そのもとで学び，「金相学」という訳

は合金を研磨し，顕微鏡を用いて肉眼的以上に微細な組織をちかしげ ま すみ語を提唱した近重眞澄の足跡，材料科学の将来の方向に関す検査する方法を考案した．しかし，彼の研究も 20 余年，世る論評を紹介したい．

間の顧みるところにならず，まったく忘れられたかに思われた．この間，ドイツの Martens ，フランスの Osmond がそ.

メタログラフィーの誕生†

れぞれ独立に合金の顕微鏡的研究を進め，この方法の有効性を示し多くの学者が注目するようになった．その後，欧米諸最初 に金属 を顕 微鏡で 調べ たのは ，ロバ ート ・フ ック

国の著名な学者が現れた．フランスの LeChatelier ，英国の(Robert Hooke)で，1665年に出版した「ミクログラフィア」

RobertAusten，Rosenhain，米国の Howe，Sauveur，ドイには100倍に拡大された針の先端の図，50倍に拡大されたか

ツの Heyn，Tammann などである．

みそりの刃の図が載っている．これが顕微鏡で観察された金属のもっとも古い像である．その後， 1720 年代にフランス.

グスタフ・タンマン(Gustav Tammann)(2)(4)のレオミュール( Ren áe Antoine Ferchault de R áeaumur )が鉄の研究に顕微鏡を用いた．彼は浸炭鋼と可鍛鋳鉄の製造法をタンマン(写真)は熱分析法を用いて温度による状態変化

発明し，浸炭，脱炭，焼入れの過程を科学的に解明するたを詳しく調べ，合金系に異相平衡論を応用しメタログラフィ

め，破面の肉眼観察，拡大鏡，さらには顕微鏡も使用した．

ーを単なる顕微鏡による観察の記述から理論的な学問へ確立

よく知られているのは白色銑および灰色銑の劈開面の拡大鏡する道を開いた．彼はエストニア共和国のタルトゥ市でドイ京都大学名誉教授(〒5200246 大津市仰木の里118
7)
The Beginning of Metallography and Its Development to Materials Science and Engineering; Masahiro Koiwa (Emeritus Professor,
Department of Materials Science and Engineering, Kyoto University, Kyoto)
Keywords: metallography, materials science & engineering, education, history† メタログラフィーの歴史に関しては Cyril S Smith による名著(1)がある．1988 年にペーパーバック版が発売されたが，現在では入手が難しい．
2009年 4 月12日受理

材料科学のパイオニアたち

確認するため，光学顕微鏡による金属組織の観察に加えて，電気伝導度の温度依存性も測定した．このように細心の注意を払って， 20 種のよく使われる金属の 2 元系について 10
at刻みの組成の試料(総数1900個)を作製し，大づかみながら状態図の全貌を明らかにした．


規則格子の発見

タンマンは，固溶体の化学腐食挙動が合金の製造法や前処理により異なることに気付いた．たとえば， Au Cu 系において組成比が簡単な整数比である場合，融液から凝固したも
写真 1

Gustav Tammann(18611938).

のは腐食されにくいが，電着法で作ったものは腐食されやす
い．彼はこの結果を次のように説明した．「融液から凝固し徐冷した試料では，Au と Cu の原子が規則的に配列(この状ツ系の家系に生まれドイツ語を常用語とする地域に育った．

態を規則格子という)している．電着した試料では原子の配小学校，ギムナジウムを通じて数学，歴史，宗教などの教科

列に規則性がない」また，「凝固法で作製した試料でも，高はよくできたが，語学は性に合わなかったようで，とくにロ

温から急冷すると腐食されやすいので，規則格子は形成されシア語を苦手とした．ドルパト(Dorpat)大学†化学科を卒業ておらず，徐冷した場合には原子の移動(すなわち拡散)が起した後，農業大学に職を求めるつもりで植物生理学，顕微鏡

こって，規則格子が形成される」と推論した． 1919 年にタ学の研究に従事した．しかし，物理学と化学の境界領域に興ンマンが提唱した規則格子の考えは， 1923 年のベインによ

味を覚え， 1887 年に元素の周期律表に関する研究で博士のる X 線の実験で確かめられた．

学位を得た．親交を結んだメンデレーフに「ロシアの大学に職を求めるなら，ロシア語を学べ」という忠告に従って本格

冷間加工と再結晶

的にロシア語を学び習得した．ドルパト大学の化学研究所

平滑に研磨した多結晶を塑性変形したのち光学顕微鏡によ長，正教授に就任したが，休暇のたびにヨーロッパの諸大学

り観察し，直線的で微細な模様(すべり線のこと)を認めた．

を訪問し，とくにオランダの学者から強い影響を受けた．な

その模様はすべての結晶粒で同時に発生するのではなく，応

かでも，ローゼボームとの討論を通じて不均質系の平衡につ力軸と結晶粒方位の幾何学的関係によって発生のしやすさにいて多くを学んだ．

差異があることを見出した．これは，金属の塑性変形機構の1903 年，ゲッチンゲン大学に招かれ，ロシア皇帝から市解明，転位論の提唱につながる先駆的な研究である．また，民権放棄の許可を受けてドイツに帰化し，以後約 30 年間こ塑性変形した多結晶を加熱した場合の再結晶に関し，後述のの大学で研究に従事し，金属学の基礎を築いた．ドルパト大凝固過程と同様に，核形成・成長の考え方を適用し，その後学時代に，無機物質の不均質平衡およびそれに及ぼす高圧のの研究の端緒を開いた．

影響に関する研究を行っていたが，ゲッチンゲンではガラスに関する研究を始め，次第に金属合金に手を広げていった．
その主な業績を以下に述べる．


熱分析と平衡状態図



凝固過程の研究

液体から固体への相変態，すなわち凝固過程の最初の系統的な研究はタンマンによって行われた．透明な有機物質を用いた実験により，凝固過程は結晶核の生成・成長という 2

ギブスの熱力学はローゼボームにより合金系に適用され，つの素過程により説明できることを示した．また，核形成お多くの研究者が平衡状態図の作成に取り組んだ．タンマンのよび成長と過冷度の関係を明らかにし，液体→固体反応にお熱分析法は状態図研究に飛躍的な進歩をもたらした．この方ける凝固潜熱の役割について明快な解釈を与えた．単結晶の法は合金を溶融状態からゆっくり冷却するときの温度時間

作製法として知られている「タンマン―ブリッジマン法」も曲線上の節点あるいは滞留点から，状態図を決定するもので凝固研究の所産である．

ある．この方法は他の研究者も用いていたけれども，タンマ

タンマンの発表論文は546件で，当時の研究者としては驚ンは克明に実験し，固溶体のみならず金属間化合物の安定領

くべき多産である．この中には著名な教科書 Lehrbuch der

域を定めた．また，熱分析によって定めた状態図の妥当性をMetallographie (初版 1914 ，第 2 版 1921 ，第 3 版 1923 ，第 4

版は Lehrbuch der Metallkunde††と改題 1932 )が含まれてい† エストニア最古の大学で，現在はタルトゥ( Tartu)大学と呼ばれている．タルトゥ市は首都タリンについでエストニア第 2 の都市で，学問・文化の中心である．エストニアは 13 世紀以降，ドイツ，デンマーク，ポーランド，ロシアなど外国勢力に支配され，タンマンの青年期にはロシア帝国の一部であった．
なお，1991 年にはソ連から独立回復を宣言し，2004 年には欧州連合(EU)に加盟した．

ま て り あ 第48巻 第 8 号(2009)Materia Japanる．タンマンは毎日 10 時間実験室で過ごし，研究室員にも長時間実験することを求め，思うようにデータを出さないものにはきびしい叱責の声が飛んだ．研究室にはドイツ人学生†† 冶金学(あるいは金属学)教科書．

に変化し，最初は単に金属記載学という意味を持つものであったが，1892年
フランスの冶金学者 Osmond により顕微鏡的組織論の意味で用いられた．わが国においても近年この方面の学問が輸入され，主として Osmond 式に偏って顕微鏡的研究が中心となったので， Metallography を訳して金属組織学とされてきた．しかし，この学問は純理学的及び工業的の両方面の興味により非常に盛んになり，顕微鏡以外に異相平衡論を応用するようになったため，
Metallography は金属の物理化学，より適切には金属の相則論という実質を備えるに至った．私は明治42年以来，金相学という訳名を創り，いつもこれを使用してきた．相則の相は形態を意味するから，金相の 2 字は一方において金属組織の意味を保存するのみならず，他方においては最近の進歩の方向も見据えており，この学問の本領を明示しうるという利点があると思う．な

写真 2

近重眞澄(18701941)(7).

お，金相という熟字は古書にも見受けられるもので，金属の外形ということを言うために用いられたものと思う．したがって，決して生硬の文字ではなに加えて諸外国からの留学生も多く，日本からは近重眞澄，いことを一言しておきたいと思う．私は本邦において，金相学という名称が本多光太郎がここで学んだ．タンマンが亡くなったとき，本一般に使用されるようになることを希望する．

多は日本金属学会誌に弔詞を掲載しその死を悼んでいる(5)．
近重眞澄は 1870 年 9 月 3 日，代々山内侯に仕えた土佐藩

.

近重眞澄と金相学(6)(7)

士の家に生まれた．中学時代を過ごした高知は当時，自由党が全盛で政治への関心が高く，眞澄も初めは政治，法律に進近重眞澄(写真)は，日本人として初めてタンマンの研究もうとしたが，のち科学を志すようになり， 17 歳のとき漢室に留学した人である．あとから留学した本多とは約 5 ヶ文で「科学論」(744字)を書いた．これは61歳のとき出版し

月，滞在期間が重なっている．この間，近重は先輩として研た漢詩集，「太秦山房詩集」(1931)に付録として収録されて究・生活両面で親切に助言し，帰国後も親交が続いた．

いる．科学の研究は「ひとり我国を利するのみならず，その近重はタンマンの研究室では，BiTl，CuTe 合金の状態

恵みは万邦に及ぶ．為政者が僅かに一邦を利し，一代を益す

図に関する研究を行い，帰国後も各種の 2 元系，3 元系状態

るのと同日に語れない」と論じた．東京帝国大学理科大学に図や，鉄炭素酸素間の平衡など鉄鋼製錬に関する研究を行入学して化学を専攻し，大学院を修了後，第五高等学校教授った． 1917 年には，著書「金相学｣(8) を出版した． 180 ペーを経て， 1898 年，京都帝国大学理工科大学助教授に任ぜら

ジ足らずの冊子であるが，簡潔明解に記述されており，一読れ，1905年，3 年間独英に留学し，上述のように Tammannの価値がある．巻頭の自序には以下の様に記している．

の研究室に学んだ． 1920 年には前年に創設された「金相学金相学ノ書欧米其撰ニ乏シカラス 就中 Tammann ノ Lehrbuch der Metal-

続けたのに対して，近重は定年退官とともにまったく科学研

lographie ， Guertler ノ Metallographie 及 ヒ Rosenhain ノ Physical Matal-

究から離れ，茶人，漢詩人，俳人として過ごした． 17 歳のlurgy ヲ推シテ白眉トナスヘシ

青年近重は科学に夢を託したが， 60 歳の定年時には『科学講座」を担当した．Tammann は77歳で死ぬまで科学研究を顧テ本邦亦タ斯学ノ興隆ニ際シ亦タ一書ノ其間ニ公ニセラレシ者アルヲ知ラス

豈ニ昌代ノ恨事ニ非スヤ

是レ余カ浅劣亡国論』を説いたとのことである．

自ヲ揣ラス敢テ本書ヲ公ニシテ後学ニ資スル所アラントスル所以ナリ
金相学ノ大本ハ既ニ主トシテ西人ノ手ニ成レリ 此書署シテ余ヵ著述トナ「科学によって国運が伸びる．そこでますます科学を奨励する．しかし科学

スト雖モ然カモ 其実質ノ創作ニ関シテハ余ニ於テ殆ト与カル所ナシ 況ハは必ずしも人類に幸福を与えない．人類を最も多く害するのも科学である．

ンヤ余カ曾テ Tammann 先生ノ門下ニ在リ師承スル所ノ者ハ既ニ挙ケテ先生

文化の極度は人間の退化ともなる．
」(雪だるま，1935)

ノ近著ニ尽ク 乃チ余ノ本篇ハ寧ロ之ヲ該書ノ訳述トナスノ当レルニ非ラサ
且ツ間々加フル

京都大学図書館の目録には近重の著書が 20 冊ある．その

是レ余カ猶ホ強ヒテ署スルニ著述ノ字ヲ以テセン

うち科学書は前述の「金相学」など 5 冊で，他は禅に関す

ルヤヲ疑フ 只タ余カ講説固ヨリ遠ク先生ノ精微ニ及ハス
ニ自家ノ小研究ヲ以テス
ト欲スル所以ナリ

読者乞フ之ヲ諒セヨるもの(参禪録，禅学真髄，禅学論，禪心録，野狐禪)，漢詩集

さらに，緒言において Metallography の訳語として「金相学」を用いる理由を以下のように記している．(文語体の随筆(間居集觀風稾，太秦山房詩集，病牀録，弥勒出生以前，安井隠居集，雪だるま，呂宋島見聞記)であり，趣味人として余生を送ったことが窺われる．

原文を口語体にして記す．）

.

訳語「金属組織学」の由来

金相学は金属及び合金の内部組織を研究し，またこれと成分との関係，物理的ならびに機械的性質との関係について論究する学問である．金相学は原名

上述のように，近重は「この原語(Metallography)の意味

を Metallography という．この原語の意味は金属に関する学術の発達とともは金属に関する学術の発達とともに変化し，最初は単に金属

材料科学のパイオニアたち

記載学という意味を持つものであったが，わが国においても近年この方面の学問が輸入され，主として Osmond 式に偏って顕微鏡的研究が中心となったので，Metallography を訳して金属組織学とされてきた」と述べている．
英和辞典によれば“graphy”は名詞語尾で， 2 種の意がある．


書法，画法，記録法などの意．

Lithography ，Stenography など


記述し たも の，学 的記述 など の意．

Biography ，Geography など
 の 意に 解して 「金 属記載 学」と して いる が，
近重 は

写真 3

metallography が誕生した時点では，顕微鏡で金属表面の模Robert W. Cahn(19242007).

 の意
様を観察し描き，記録する方法という意味で，むしろが強かったのであろう．訳語として，「金属組織学」が定着

代には材料物性工学科，材料加工学科などに名称変更が行わしたのはいつごろであろうか

1917 年の東大工学部冶金

れ，「金属」も学科名称としては少数派になっていった．全

学科の履修科目名にはこの語が用いられているので，それ以国大学材料関係教室協議会の名簿で調べてみると，「冶金学

国一は 1906 年に発科」の数は 6(1982)，4(1989)と減少し，1994年には 0 とな表した論文では，「金属験鏡学」と訳している．「組織学」はった．ちなみに有終の美を飾ったのは京都大学である．こ

生物学，医学の分野で用いられてきた用語で，ウィキペディ

うした変化は日本独自のものではなく，諸外国において前であることは確かである．なお，俵アには次のように記されている．

Department of Metallurgy が Department of Materials
Science & Engineering へと改名した流れをうけたものであ

組織学( Histology )とは，生物組織の微細構造や機能，性質を研究する学

る．

問．解剖学から発展し，生物学や医学の重要な方法論の一つである．―組織

Metallurgy (冶金学)の Materials Science (材料科学)への学の歴史は1590年に顕微鏡が発明され，後にレーウェンフックが改良し微細発展ないし転換は，いつ，なぜ，どのようにして起こったのな観察が可能となったことから始まる．19世紀には生体を構成する組織といであろうか

う概念が誕生し，細胞，神経，血管，骨髄，上皮組織などが発見されていっMaterials Science(材料科学の到来)(9)を参照しつつ，その問た．

いに答えてみよう．

顕微鏡により「微細構造や機能，性質を研究する学問」であ

R. W. Cahn ( 写 真) の 著 The Coming of

大学における動き

り，対象が生物ではなく金属であることから「金属組織学」

材料科学の胎動は，米国 Northwestern 大学の冶金学科でという用語が生まれたのであろう．研究対象が金属からセラはじまった． 1954 年，同大学の冶金学科はベル電話会社のミックスをはじめ各種の材料に広がるにつれて， ceramo-

研究者であった Morris Fine (写真)を新たな Department

graphy ，さらには materialography のような新語が現れた

head に招いた．その頃，高分子，半導体，セラミックスなが，あまり普及していない．ただし，「材料組織学」はよくどの物質群が工業材料として登場してきたのに，大学におけ見かける．R. W. Cahn

はその著書(9)で次のように述べている．

る研究・教育体制は旧態依然であった． Fine は，材料に関する教育の中核となるべき冶金学科における教育が対象を金属合金に絞りすぎていると感じていた．原料から素材を作“ドイツ語圏においては 100 年ほど前から， Metallography は physical metal-

り，成型して材質を調整する，さらに材料としての強度，諸lurgy を意味して用いられてきた．そのことは Tammann の著名な教科書

性質を測定するなど製造と試験のプロセスには，すべての材”
Lehrbuch der Metallographie の内容を見るとわかるであろう．

料に共通する部分が多く，冶金学の分野で長年にわたって培してみると，Metallography は「物理冶金学」と訳すのが適院の教育カリキュラムがまず改定され，続いて学部段階の教切であったのかもしれない．

育の改革が行われた． 1959 年には学科の名称が Metallurgy

われた手法は広く応用が可能であると Fine は考えた．大学

か ら Materials Science と 変 更 さ れ た ． 大 学 の 首 脳 部 は.

材料科学への発展“ Metallurgy ”が学科名から消えると学生が集まらなくなるかもしれないと心配したが杞憂であった． Northwestern に

私が大学生活を送った 1950 年代には，金属関係の学科は始まったこの変革は，冶金学の大御所 R. F. Mehl など長老

冶金学科か金属工学科のいずれかを名乗っていた． 1960 年

教授の頑強な反対にあったけれども， 1969 年にはおよそ代の理工系振興政策により工学部がほぼ倍増し，金属材料工

30の学科が Materials Science and Metallurgy を名乗るよ学科，鉄鋼工学科，金属加工学科などが登場した． 1980 年

うになり，現在(2001年)では，殆どの学科が MSE (Materi-

ま て り あ 第48巻 第 8 号(2009)Materia JapanNeumann は，いくつかの大学に学際的材料研究所を設置

して政府が資金援助する構想を建て， Seitz の協力を得てイリノイ大学にまずプロトタイプの研究所を作り，さし当たって AEC が援助する方向で話が始まった．全体構想がまとまり正式の提案書が連邦政府に提出されたのは 1957 年初頭であったが，それが具体化する前に Neumann は病に斃れ，計画は宙に浮いた形となった．しかし， 1957 年 10 月，ソ連が人工衛星の打ち上げに成功したことはアメリカ議会に大きな衝撃を与え材料研究推進の動きが一気に高まり，計画が動き出した． Cornell ， Pennsylvania ， Northwestern の 3 大学を
写真 4Morris E. Fine.

皮切りに諸大学に材料研究所(MRL )が設置されていった．
それまで学界主導で進んでいた材料科学への再編成は冶金学を母体にしたものであったが，政府主導での改革は，より広als Science and Engineering)となっている．


産業界の動きMSE という用語が市民権をうる以前から，産業界ではそい分野の研究者を巻き込み新しい形の研究所を生み出した．
前述のベル電話会社，GE 研究所など企業の研究所のリーダーが，この動きを強力に支持したことも成功の大きな要因である． 1972 年， MRL の運営は政府直轄から国立科学財団のような動きが始まっていた．その典型例の一つはベル電話(National Science Foundation，NSF)に移された．この時点

会社の研究所に見られる．W. Shockley のグループでは，物で総数 12 の MRL に属する研究者の専門は物理 35 ，化学

理，化学，冶金の研究者たちが一体となってトランジスタ25 ，冶金 19 ，電気工学など 16 ，数学・地学など 5 ー，ダイオードの開発に当たっていた．その成否の鍵を握っである．この統計でとくに目を引くのは，(以前は材料研究

たのは，W. G. Pfann により発明された原料素材の高純度化に携わるものが極めて少なかった)物理出身者の多いことで技術，Zone melt(帯溶融)法である．ベル研究所に入所し夜ある．MRL 創立25周年に当たる1987年には，その足跡と成間の大学で化学工学を学んだ彼の仕事は顕微鏡用の試料つく果を記した記念誌が発行された．この時点までには総数 17りであった． Shockley がかってない高純度の Ge 単結晶をの研究所が作られ，そのうち 7 はすでに閉鎖，または閉鎖供給してくれといってきたとき，冶金学を学んだ同僚との会に向けた手続きが進行中であった．

話がヒントとなりこの方法が誕生した．異なる出自の研究者

さて，MRL の活動は人材育成という当初の目的を達成しR. W. Cahn は 「従 来 の Metallurgy か らの交流が新たな展開を生み出した例は，ナイロンの発明などた の だろ う か

いくつもあげることができる．

MSE に転換した学科の博士課程修了者数の増加の割合は，1900 年に化学者 W. Whitney をリーダーとして創設され工学分野全体と比較すると大きいとはいえない」と批判的見た General Electric Laboratory は米国の企業における研究方を示している．一方， NSF は「(異なる専門分野の)研究

史 上 ， 特 別 な 地 位 を 占 め て い る ． W. Coolidge と I.

者の学際的共同研究が，異なる学科間の相互交流を生み出

Langmuir は，白熱電球の実用化を可能にした研究でよく知し，従来の材料関連学科の進化発展を促した点こそ評価されられている． 1946 年には卓越した冶金学者 J. H. Hollomon

るべきである」と主張する．いずれにしても，昔の Metal-が加わって，新たな冶金グループが誕生し，物理，化学，冶

lurgy の教育は，学部学生のレベルでも MRL における研究

金，電気などの諸学科を修了した研究者が共同で研究を進めによって大きく変革されたことは疑いないことで，その意味た．彼がリーダーを勤めた 15 年間に人工ダイアモンド，高において MRL は大きな貢献をしたといってよいであろう．

性能熱絶縁体，透光性セラミックス Lucalox など多くの優.

れた材料が作り出された．後年，Hollomon はケネディ大統

材料科学とは，そしてその将来は領のもとで，最初の科学技術補佐官をつとめた．


The Materials Research Laboratories(MRL)

物理学者 F. Seitz の回想によると，表記の材料研究所群の誕生は 1954 年のある出来事に端を発するという．偉大な数学者・計算機理論家である John von Neumann は，原子力委員会( AEC )の 5 人の委員のうちただ一人の科学者であっ

鋳造工学及び凝固の科学の第一人者である Flemings(写真)は，材料科学分野の確立に貢献してきた人の一人であり，その将来を論じたレビューを1999年に発表している(10)．その要点を紹介しよう．


MSE は学際領域(multidisciplinary)である

た．彼は Seitz を招き「何かしようと思っても，材料の科学

歴史的に見ると，大学という組織体は，物理学，化学，冶

が未発達であるがゆえに実現できない．この科学の成長を妨

金学など伝統的な学問領域の集合体であり，それぞれの領域

げているものはなにか」と尋ね， Seitz は「人材不足」との発展・変革の流れにしたがって成長してきた． Materials

答えた．

Science and Engineering ( MSE )の分野は，これら伝統的な

材料科学のパイオニアたち

現在及び将来の産業は，さまざまな種類の材料に共通する原理を理解し活用できる人材を必要としている．特定種類の材料に限定することなく広汎な材料を対象とする教育が望まれ，4 つの要素とその相互関係を総体として学部学生段階から教育することが重要である．それができるのは MSE を標榜する学科のみである．この分野を固有の学問領域(学際領
域ではなく)として考えることの主要な利点は，学科の構成員が特定の材料種別(金属とかセラミックスとかの)の枠組みから解放されて，自由な思考のもとに教育・研究を展開できる点にある．研究の多くの部分を担うのは大学院学生であ
写真 5

Merton C. Flemings.

る．その分野を集中的に教育する学部学生向きのプログラムを持たない学科は，大学院学生をひきつけるのはむずかし
く，生き残りは困難であろう．


MSE 学科の存在意義

MSE を標榜する学科は現在(1999年)米国には41ありその多くの前身は冶金学科である． 15 年前と比較すると 6 つ減
少しており(消滅，大学院コースのみに縮小，他学科に吸収
合併，のいずれかによる)，現存する学科に対しても縮小・合併を迫る圧力があると聞く．一方，材料系以外の諸学科，
とくに化学工学，機械工学，物理，化学の学科は MSE を自らの領域の一分科とみなし，その分野の教育を強化してい図1

材料科学工学の 4 要素(11).

る．こうした状況の中で， MSE が固有の学術分野として，また大学において独立した学科として生き残るためには，何

学問領域マトリックスの学際領域として形成されたもので，をすべきであろうか

材料の構造/性質/製法/性能の多様な総体を対象とするもの

MSE が固有の学問領域として，大学における学科としてである．図はその様相を四面体として示したもの(11) で，存在する意義は，第一に MSE の現在そして将来の方向を定諸側面の密接なつながりを表現している．この四面体は，一め，それにふさわしいカリキュラム改定を行う自由を持つこ

方では固体物理学，基礎化学といった基礎科学領域につながとである．学部学生段階では，材料一般に通ずる原理を教えり，他方では工場，社会的要請に連結しているとみるべきもるべきである．第二番目の意義は，われわれが主力を注ぐべので， MSE は広汎な学際領域( multidisciplinary)である．

き領域を選択し，そこに何を取り込み，何を他の分野との共しかし，MSE が単に学際的なものであるならば，大学に材同の学際領域とするかを決定する基準を持つことである．た

料系学科( Department of MSE )が存在する意義・必要性はとえば凝縮物質の物理学は MSE の固有領域内にあるものであるのだろうかはなく，周辺分野との境界に位置づけられる．電子材料の性質，製造，使用に関する事柄の大部分はわれわれが扱うべき

MSE は単なる学際領域ではない

領域に属する．しかし，高分子の物理と工学はどの程度わがMSE は単なる学際領域( multi disciplinary)ではなく，知領域に属するかまだはっきりしない．また，バイオテクノロ

的統合性(intellectual cohesiveness)を有し，それ自体の存在

ジーを図 1 に示した四面体とどのように関連付けたらよいを主張しうる固有の学術分野( a discipline in its own right )か，またその分野でわれわれがリーダーシップを発揮するべに成育してきた．その誕生から 30 年のときを経て，工業界

きかいなかも未確定である．しかし，ここで述べた MSE にからの認知を得て，(材料全般を対象とする)MSE 固有の学

対する見方は，学生に対しまた社会に対してわれわれの分野

協会・学術誌を持つようになってきた．

を定義し，その方向を示すガイドラインになるであろう．

上で述べたように， MSE は以下の 4 つの基本要素を研究
あるいは制御することを目的とする科学技術分野である．



MSEのカリキュラム

MSE を時代の要請に沿って発展させていくためには，将構成原子の種類と配列

来の材料技術を担う人々に真に有用な教育を施すため，カリ構成原子の特定な配列の実現

キュラムを絶え間なく点検し改革していく必要がある．過去

材料の構造と組成(Structure and Composition)
合成と製法(Synthesis and Processing)
材料の性質(Properties)
材料の性能(Performance)

特定の原子配列によって生ずる
実用性(経済性，社会的コスト，利便性)においては講義課目名から採鉱工学や選鉱学が消え去り，非鉄冶金学がより広汎な冶金学に吸収されて行った．今後は，結晶学，金属製錬，状態図の理論などこれまで重視されてき

ま て り あ 第48巻 第 8 号(2009)Materia Japanた教科と，数学的モデリング，生体工学，情報工学など新たな教科の折り合いをどうつけるかが問われる．
MSE の学部学生の教育においては，特定の工業(技術)固古くから認識されていたことである．たとえば， 2000 年以
上前に書かれた Vitruvius の著作“ Ten Books on Architecture”は，機械を構成する材料として木材，鋼，青銅，ロー

有の教科を教える必要はない．抽出冶金，鋳造，溶接，粉末

プ，石材を挙げている．しかし，1950 年の時点では，MSE

冶金などは，材料プロセッシングの科目の中で取り上げるのを標榜する学科は大学には存在せず，冶金学科，セラミックが適当である．鋳造や溶接に関しても，特定の材料に関するス学科など個別の材料を扱う学科があるのみだった．

理解の他の材料への適用，他の工業的応用の可能性を常に意識させるべきである．
MSE の四面体に関して考える際，化学工学科の人々から

MSE が固有の学問領域として創生発現( emergence )し，大学にその名を関した学科が現れたのは，工学教育の見地からすれば当然の論理的発展であった．広汎な材料を単一のカ学ぶべきことがある．彼らが成功したのは，お家芸(基本要リキュラムに収容することができるのは，材料科学の中核が素)である熱力学，輸送理論，反応速度学に特化することに“材料の構造・性質・製造の相互関係”の研究にあるためで

よってではなく，これらの基本特技を適用できる新領域を探ある．カリキュラムに取り上げるべき基礎科学と実験方法をし求め，基本特技の威力をコンピューターモデリングによっ選択するための基準は，このパラダイムによって与えられて高めたことによる．われわれも，その得意とする特技をモる．固体物理学，熱力学，速度論，分子及び結晶の構造，力デリングにより強化し，構築してきた諸概念を広く材料一般

学的性質などに関する基本知識は，すべての材料に共通するに拡張し，新しい方法，新しい分野にお家芸を適用する能力

ものとして教えるのが効率的である．

を高めるべきである． MSE の研究分野は物理学科，化学

現在，多くの大学において，生体材料は材料科学および工科，生物学科などと重なる分野があり，共同研究が大きな成学のカリキュラムに組み入れられつつある．木材やセルロー

果を収めてきた．しかし，これらの自然科学系諸学科と異なズ製品は文明の始まりから人間にとって最も重要な材料である点は，われわれの関心は実用材料と工業的応用にあり，さったけれども，最近の動きは生物医学の方面からの刺激によらに要素自体(図 1 参照)に関する個別の発見よりも，そのるものである． 1970 年代以降，生体材料への関心が再び高相互関係を重視することである．化学工学科の友人と異なるまったのは分子生物学の分野における革新によるものである．

点は，われわれは構造と，構造性質の関係を理解してお分子生物学者および生物化学者によって，絶妙な分子制御

り，さまざまな種類の材料にわたる知識がある点である．まの技法が開発された．この技法を応用することによって，材た，機械工学の友人との違いは，材料の内部構造に関心があ

料の生物学反応を制御することが可能になり，生物学的経路る点である．

を活用して新しい材料を創造することができるようになっ

今やわれわれは新たな道具を手にして未開拓な分野を開拓た．そのような道筋を材料のカリキュラムに組み入れるにし，古い分野を新しい方法で探求する機会を持つ時代に生きは，基礎教育として分子生物学と生物化学を取り入れる必要ている．原子を 1 個ずつ集めて，あるいは原子層を積み重がある．神経は体内のある場所から他の場所へ電気的パルス

ねて構造を組み立てることが可能である．計算機の能力は際を伝達する．この現象は電子材料の講義で教えることができ

限なく増加し，原子の基本性質の情報のみを用いて，構成さる ． 同 様 に ， 分 子 生 物 学 の 基 礎 は ， 柔 ら か い 材 料 ( softれる物質の構造と性質をモデリングすることが可能になりつ

materials)あるいは生物材料の講義に組み入れられる．材料つある．

科学のパラダイム Processing，Structure，Properties，Per-

以上述べたことは，基本的には修士コースのカリキュラム

formance を念頭に置きつつ，この新しい領域を既存の材料にもあてはまる．博士コースでは特定の狭い領域に特化し深科学のカリキュラムの中に組み入れることは容易である．X

く探求するべきである．工業・社会の需要に深く結びついた

線回折，電子顕微鏡は生体材料にも用いられている．二重ラ博士コースの研究が行われる学科が必要とされ，そうした学センの発見は X 線によるものであったし，電子顕微鏡は生

科は必ず繁栄するであろう．

物科学者が永年用いてきた．原子結合の理論，物質中の原子の配列様式はすべての材料に共通するものである．自己組織.

材料科学・工学におけるカリキュラムの発展

化は相変態の一種であり，凝固，結晶化，析出などと同じように熱力学及び速度論の原理に支配されている．骨材の性質

前の節で紹介した Flemings のレビューは10年前に書かれを記述するに必要な力学的特性は，構造材料の場合と大きくたもので，バイオテクノロジーを MSE の守備範囲にどのよ

異なるものではない．機能性分子の枠組みは広汎な細胞組織

うに取り入れ，位置づけるかは今後の課題としている．このの成長を促進するのに使われている．

ことについて，材料科学の誕生に際してキーパーソンともい

過去50年の間に MSE のカリキュラムは大きく変貌してき

う べ き 役 割 を 果 た し た Fine は ( Voorhees と の 共 著 で ) ，た．生体材料が加わることにより，MSE カリキュラムは更2005 年に，カリキュラムに関して具体的な発言をしていなる変貌を遂げ，より広汎で知的好奇心をそそる活力ある分る(12)ので紹介しておこう．

野となるであろう．

材料科学が根源的に学際的性格を持つものであることは，

材料科学のパイオニアたちたものである．講演の機会を与えてくださった黒田光太郎教

.

お わ

り

に

授(名大工，全材協会長)に謝意を表する．また，近重眞澄に関する情報収集に協力していただいた吉村一良教授(京都大私が 15 年間在職した京都大学工学部材料工学教室では，

学化学教室)，レビュー執筆時(1999年)以降の米国の状況に大学院の入試問題として材料・物性・加工・製錬の 4 分野

つ い て の 問 い 合 わ せ に 答 え て 下 さ っ た Flemings 教 授 ，から出題し，そのすべてを解答することを要求していた．受Morris E. Fine のレビューを送ってくださった三宅淳司氏

験するものにとっては大きい負担であったと思うが，入試を株 )，冶金学教育の歴史についてご教示いただいた(日鉱金属

受験した学生は(たとえ不合格であっても)材料工学全体のバ

松尾宗次氏，ならびに粗稿にコメントを寄せてくださった方ランスの取れた知識と力をつけることができた．ある意味で々に謝意を表する．なお， Fine ， Flemings 両教授はともに

は図 1 に示した材料工学の 4 要素を総体として学んだとい

日本金属学会名誉員であり，掲載した写真は本稿のためにおえよう．Fine と Voorhees は材料工学のカリキュラムの現在送りいただいたものであることを付記する．

そして将来に向けての変革として，分子生物学と生物化学の文

取り込みを挙げている．新たな教科を導入する場合には，従献来の教育で必須とされてきた教科の一部を切捨てざるを得な
くなる．材料工学のコアーカリキュラムはどうなって行くだ
ろうか
本稿をあらまし書き上げた段階で粗稿を数人の友人に送り，日本の諸大学における状況を尋ねるとともに，意見を求めた．その一人は Fine らの見解に疑問を投げかけ「( MSEの今後の発展の)鍵を握っているのはコンピューター，直接観察，微細加工ではないでしょうか」と以下の点を強調する．
コンピューターの高速，大容量化と検索機能の進化により，材料に関する膨大な経験知は系統的データーベースとして整備されるのは間近い．ミクロからマクロまでをコンピューターで結びつけるマルチスケールモ
デリングの手法が開発されつつある．



高分解能走査，透過電子顕微鏡，走査型トンネル顕微鏡による直接観察，イオンエッチング法による試料作製法の開発により，原子の直接観察による構造や組織の万能評価法が開発されている．原子像を見て構造を決める方向に変わりつつある．



集積化は年毎に進み，ナノスケールに達しようとして( 1 ) C. S. Smith: A History of Metallography, The University of
Chicago Press, (1960).
( 2 ) ``G. A. Tammann'', Dictionary of Scientific Biography, vol. 13,
Gillespie, Ch. C., Ed., New York: Charles Scribner's Sons,(1981), pp. 242248.
( 3 ) 大塚正久
“グスタフ・タンマン”，鉄鋼界，昭和49年11月号，
8693．
( 4 ) A. G. Morachevskii: Russian Journal of Applied Chemistry，74(2001), 16101615.
( 5 ) 本多光太郎“Gustav Tammann”先生を弔す，日本金属学会
誌，3(1939), No. 2．
( 6 ) 可知祐次“近重眞澄”，日本の基礎化学の歴史的背景，京大
理学部化学・日本の基礎化学研究会編，(1984)．
( 7 ) 島尾永康“近重眞澄”，人物化学史，朝倉書店， 137 146 ，(2002)．
( 8 ) 近重眞澄金相学，東亜堂，(1917)．
( 9 ) R. W. Cahn: The Coming of Materials Science, Pergamon,(2001).
(10) M. C. Flemings: ``What next for departments of materials
science and engineering?'' Annual Review of Materials
Science, 29(1999), 123.
(11) Materials Science and Engineering for the 1990's. 1989.
Report of the Committee on Materials Science and Engineering, National Research Council. Washington DC: Natl. Acad.
Press.
(12) M. E. Fine and P. W. Voorhees: Daedalus, Spring (2005),
pp134136. (Journal of the American Academy of Arts &Sciences).

いる．機能材料はすべてナノスケールになるときも近★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

い．
 ，
 ，
 のいずれにおいても無機，有機を問わず電上記

子論が理論的背景になっている．
MSE が若い人々にとって魅力的な分野であり続けるために，諸大学が行っている取り組みが本誌に報告されることを期待したい．本稿は，2008年 9 月，金属学会秋期大会(熊本大学)の際に開催された材料工学教育研究集会(主催

全国大

小岩昌宏

東京大学工学部冶金学科卒業( 1959 年)，同大学院博士課程修了( 1964 年)．東北大学金属材料研究所に 21
年 勤 務 し た 後 ， 京 都 大 学 工 学 部 教 授 ． 2000 年 定年，京都大学名誉教授
専門分野材料物性工学(拡散，相変態，内部摩擦に関する理論および実験的研究)
金属の科学の発展(歴史，貢献した人物，エピソード)に関心があり，『金属学プロムナードーセレンディピ
ティを追って』(アグネ技術センター，2004)を上梓．
「英国の材料科学者 R. W. Cahn の自伝の翻訳『激動の世紀を生きて―あるユダヤ系科学者の回想』(アグネ技術センター，2008)を上梓．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

学材料関係教室協議会)で行った講演内容に加筆して構成しま て り あ 第48巻 第 8 号(2009)Materia Japan