日本金属学会会報■■

2019年10月 1 日発行（ 毎月 1 回 1 日発行）

Vol.58 No.10 ISSN 1340-2625

金属なんでもランキング！〜熱伝導率〜

ミニ特集「材料技術史から見る

これからの技術展開Ⅱ」〜製錬・精錬・リサイクル〜■■

ナノコンポジット薄膜による超伝導特性制御

講義ノート 焼結の基礎̶理論的背景から実際まで̶

Ⅰ．さまざまな焼結手法

58

MTERE2 58（10）541〜592（2019）https://jim.or.jp/

2019

https://www.jim.or.jp/journal/m/（←まてりあ記事オンライン）

https://www.jim.or.jp/journal/m/

2019
Vol.58
No.10◎会告原稿締切毎月 1 日(翌月号(1 日発行)掲載です．）

金属なんでもランキング No. 5

熱伝導率……………………………………………………………………541

ミニ特集「材料技術史から見るこれからの技術展開
～製錬・精錬・リサイクル～」
企画にあたって御手洗容子

鉄の精錬の歴史樋口善彦 ……………………………………………………………………………544

北村一浩 ……………………………………………………………543

銅製錬技術の歴史と今後の技術展開
アルミニウムの製錬

村上智矢………………………………………………………………………553

貴金属の製錬・精錬・リサイクル
最近の研究高橋純一 ………………………………………………548

岡部

徹 …………………………………………………557

YBa2Cu3O7 ナノコンポジット薄膜における磁束ピンニング制御

堀出朋哉 ………563

パルスレーザー蒸着を用いて酸化物超伝導体中に数nmの直径を有するナノロッドを作製．ナノロッド構造とナノロッドを用いた超伝導薄膜高性能化について紹介する．

講義ノート

焼結の基礎―理論的背景から実際まで―．さまざまな焼結手法

新進気鋭

原子分解能電子顕微鏡法を用いたセラミックス粒界溶質偏析機構の解明
馮

はばたく
本会記事

吉田英弘 ……570

斌……………………………………………………………………………………………………576

鹿児島から世界を見据えて小林領太 ……………………………………………………………580

会告 ………………………………………………581

次号予告 …………………………………………588

支部行事 …………………………………………586

新入会員 …………………………………………588

掲示板 ……………………………………………586

行事カレンダー …………………………………589

会誌・欧文誌10号目次 …………………………587
まてりあ・会誌・欧文誌の投稿規定・投稿の手引・執筆要領，入会申込書，刊行案内はホームページをご参照下さい．
https://jim.or.jp/
今月の表紙写真

Σ3 粒界における偏析構造．(左) Zr マッピング，(右) Y マッピング．(馮

斌

578頁

図 5)

表紙デザイン北野玲

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6
41 乃木坂ビル 3F FAX 03
3475
5619 E
mailinfo＠jaacc.jp http://www.jaacc.jp/
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O

1

参考文献(1) 改定 4 版

金属データブック日本金属学会編，丸善，(2004).

(2) Chemistry of the Elements 2nd Edition: N. N. Greenwood, A. Earnshaw, ButterworthHeinemann (1997).
(3) 初版

元素の事典馬淵久夫，朝倉書店，(1994).

次号金属素描
ま て り あ 第58巻 第10号(2019)
Materia JapanNo. 6

マグネシウム



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2

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3

企画にあたって御手洗

2019年 3 月21日，第164回春期講演大会において「材料技術史から見るこれからの技術展開」と題したシンポジウムを開催した．金属材料は精錬，溶解，鋳造，成形(鍛造，圧延など)のプロセスを経て必要な特性を発現させるため，材料開発の歴史の中でプロセス開発は重要な役割を担ってきた．持続可能な社会のためには，材料特性だけではなく，環境低負荷プロセスや高効率プロセスの開発が必要であり，さらに，これらの新しいプロセスに適した合金開発や応用展開も期待される．これからの材料研究の新展開を考えるために，今までのプロセスや材料開発の歴史を振り返るとともに，これから期待される新しいプロセスや材料開発，実用分
野などについて議論することを目的としてシンポジウムを企画した．「材料と社会」を担当する第 1 分野と「材料プロセ
シング」を担当する第 6 分野の共同企画である． 2018 年 9月 20 日に第 1 回シンポジウムをチタンをテーマに行い，今回が第 2 回目となる．
今回は，「製錬・精錬・リサイクル」をテーマに行い，鉄鋼，銅，アルミニウム，貴金属の精錬技術，およびベースメ
タルリサイクルに関して，5 件の基調講演をいただいた．この他に，2 件の一般講演もあり，常に30から50名の聴衆者が参加しており，大変盛況であった．大変貴重なご講演をいただいたため，今回は講演の中からいくつか解説記事をいただ
き，ミニ特集とした．
産業技術短大の樋口善彦先生には，「鉄の精錬の歴史」と題して，紀元前 15 世紀頃のヒッタイトの製鉄技術(固体還元)から 14 ～ 15 世紀のドイツで始まった高炉製鉄(溶銑製造)，さらには近代のコークスの開発による大型鋳鉄製造，パドル錬鉄，ベッセマー転炉，トーマス転炉，平炉，上吹き
転炉，底吹き転炉などの製鉄技術の変遷についてわかりやす
く解説をいただいた．これらの技術変遷がその当時の技術の重要課題，環境・資源問題，周辺技術の進化などによりゲー
ム・チェンジャーとして引き起こされたことを示し，今後の技術課題として環境問題への対応や， AI や IoT またデータを集積するためのセンサ技術やシミュレーション技術など周辺技術の進化が製鉄技術のゲームチェンジにつながることを示唆いただいた．
住友金属鉱山の高橋純一氏には，「銅製錬技術の歴史と今後の技術展開」と題して，まず，現在行われている銅製錬処理法について解説をいただき，奈良時代の仏像作製のための銅製錬技術から江戸時代の銅製錬技術，明治時代での近代化について住友の銅製錬技術の変遷を代表として解説をいただ
いた．現在の銅製錬の技術課題として，精鉱中の銅濃度の低下，スラグ中の銅ロス，リサイクル量アップ，不純物処理などが示され，これらの技術課題を解決する新しい技術開発が必要であることを示唆いただいた．
日本軽金属の村上智矢氏には，「アルミニウムの製錬」と題して，古代エジブトにおいて医薬品として使われていたミ

容

子 北

村

一

浩


ョウバンが起源であり， 1807 年に金属アルミニウムとして存在が確認されてから製錬法が発達した歴史を紹介いただいた．また，アルミニウムの製錬法について工程を詳細に説明いただいた．日本では 1970 年に地金生産量がピークに達したが，アルミニウムの生産には膨大な電力を必要とすることから， 2014 年以降日本国内からアルミニウム製錬工場は無くなった現状が紹介された．そのため，今後の日本では，アルミニウム製錬ではなく，各種用途に使用されたアルミニウ
ムの選別・リサイクル技術が必要であることを示唆いただいた．
東大の岡部徹氏には，「貴金属の製錬・精錬・リサイクル」と題して，白金族金属の製錬を中心に解説をいただいた．白金族金属は自動車触媒など工業的にも多く使用されているが，製錬コストよりも採掘コストの方が圧倒的に高く，環境破壊の問題を考慮するとリサイクル技術がより一層重要であることが示され，日本で行われている白金族金属のリサイク
ル技術について紹介され，岡部先生が研究・開発中の新しいリサイクル法についても紹介をいただいた．白金族金属の工業的な重要性を考えると，今後より一層環境調和したリサイ
クルへの技術展開が行われるべきであることを示唆いただいた．
本ミニ特集では，製錬・精錬・リサイクルについて解説をいただいたが，どれも，環境を考慮した技術革新やリサイク
ルの重要性を示唆され，今後の製錬・製錬技術の方向性を示
す素晴らしい解説記事である．今後の研究の参考にしていただければ幸いである．
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
北村一浩
2000年 3 月

筑波大学大学院工学研究科博士課程 物質工学専攻修了，同博
士(工学)取得
2000年 4 月 筑波大学大学院数理物質科学研究科 物質工学専攻 研究生
2000年 9 月 国立鳥羽商船高等専門学校 電子機械工学科 助手
2003年 4 月 国立長野工業高等専門学校 機械工学科 助教授
2007年 4 月 国立長野工業高等専門学校 機械工学科 准教授
2009年 4 月 愛知教育大学 教育学部 技術教育講座 准教授
2015年 4 月 愛知教育大学 教育学部 技術教育講座 教授
専門分野技術教育，形状記憶合金，相変態◎現在 TiNi 形状記憶合金の特性評価と応用研究を行っている．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

御手洗容子

北村一浩

物質・材料研究機構構造材料研究拠点 副拠点長，耐熱材料設計グループグループリーダー(〒3050047 つくば市千現 121)
愛知教育大学教育学部創造科学系 技術教育講座教授
Preface to Special Issue on ``Future Growth Expected from Technological History of Materials II''; Yoko Yamabe Mitaraiand Kazuhiro
Kitamura(Research Center for Structural Materials, High Temperature Materials Design Group, National Institute for Materials
Science, Tsukuba. Aichi University of Education, Kariya)
Keywords: technical education, TiNi alloys, shape memory alloys, phase transformation
2019年 8 月27日受理[doi:10.2320/materia.58.543]

ま て り あ 第58巻 第10号(2019)
Materia Japan鉄の精錬の歴史
樋

口

善

彦

現在では成熟産業と認識されている鉄鋼業であるが，その有していたヒッタイト帝国が滅亡した紀元前 12 世紀以降，歴史を振り返ると，他業界と同様に破壊的イノベーション

製鉄技術が世界各地へ伝播していった．その結果，世界各地( Disruptive

Innovation )を 起 こ す ゲ ー ム ・ チ ェ ン ジ ャ ーに古代製鉄跡が発見されている．伝播した技術はそれぞれの(Game Changer)が現れ，ゲームのルールが何度も根底から立地条件に応じて改良が加えられ大型化していったが，固体覆されてきたことがわかる．本稿では，今後の技術発展の参状態での還元という基本部分には変化がなく数百年が過ぎて考にすべく，鉄の精錬の歴史を通して，ゲーム・チェンジャ

いった．

ー登場の背景にあった要因を検討する．なお，ここでは精錬

上述の固体状態での還元反応を利用する技術は基本的に鍛という単語に製錬の意味を含むものとして使用している．

冶作業で製作可能な比較的小型の製品しか生み出せなかったが，時代が進むにつれて大型の鉄製品を製造する技術が要求

人類による鉄器の使用が始まったのは紀元前 30 世紀頃とされるようになった．それを実現したのが 14 ～ 15 世紀頃に言われている．古代文明の一つであるシュメール文明の言語

ドイツのライン河流域で始まったとされる高炉である．それでは，鉄は「天の金属」と呼ばれていたが，それは隕鉄としまでは人力に依存していた送風が強力な水車を用いることにて空から地上に飛来してくるものと認識されていたためと考よってその風量を増すことが可能となり，処理温度がえられる．地球上に落下した隕鉄の中で最大のものはナミビ

1200 °
C 以上に高まった結果，還元された鉄の一部が液相にアで発見されたホバ隕鉄(60 ton 塊)で，8 万年前に飛来したなり，そこに燃料である木炭の炭素が拡散することになっと推定されている．それ以外にも，アルゼンチンのカンポ・た．炭素濃度が上昇した鉄は融点が低下することから，さらデル・シエロ隕鉄(37 ton)，ナミビアのギベオン隕鉄が有名なる液相化が進み，高炭素濃度の溶銑製造が実現したのであであり，日本でも富山県で白萩隕鉄が発見されている．このる．液体の鉄である溶銑は鋳型に流し込むことにより大型で貴重な隕鉄は日用品ではなく武器や装飾品として利用されて任意形状の造形物を容易に製作することができる．この高炉いたことがエジプトのツタンカーメン王墓やヒッタイトのア技術は欧州を中心に各地に伝播し，イギリスではサセックス

ラジャホユック遺跡の発掘結果から知られている．

の「ウィールドの森」と呼ばれる大森林地帯で 15 世紀末期

鉄の供給を空からの贈物に頼らず，人類が自ら生み出すこに生産が始まった． 16 世紀初頭の 1500 年に 2 基だった高炉とになった時期は，現在のトルコに居住していたヒッタイト

は 1574 年に 51 基まで増設され，ロンドン周辺の鉄加工工場

族が製鉄技術を生み出した紀元前 15 世紀頃にさかのぼる．

への銑鉄供給基地として隆盛を誇った(2)．一方，「ウィール当時，炭素を含有する燃料(主に木炭)を地面の穴に敷き詰め

ドの森」に遅れて高炉が設置されたヨークシャーのセバーンた後に鉄鉱石を載せ，鞴(ふいご)で送風した空気と燃料中の河下流の「ディーンの森」周辺は，“グロスターの針金”や炭素が反応することによって発生した CO ガスで鉄鉱石中の“シェフィールドの刃物”で有名なイギリス中部の鉄加工業

酸化鉄を還元する処理を行っていたと考えられる．これは，への鉄源供給基地としての地位を確立していった．高炉稼働

燃料中の固体炭素が酸化鉄を直接還元するのではなく，燃焼基数を急激に増やしていったイギリスでは， 17 世紀以降にで生成した CO ガスを利用することから間接還元と呼ばれて木炭原料を供給する森林の枯渇問題に直面し，木炭価格の急いる．当時，人力に頼っていた送風は風量に制約があったた上昇に対処する必要に迫られた．炭素を含有する代替原料とめ，鉄の溶融温度に達することがなく，固体状態を維持した

して，石炭に注目が集まったものの，鉄の機械的性能を劣化

まま還元反応が生じていた．その結果として得られた金属鉄

させる硫黄分を多く含むことなどから実用化には至っていなはその後の鍛冶作業によって不純物が排除され，必要な形状

かった．これらの課題に対して，ダービーは石炭を蒸し焼きに整形され，利用されていた(1)．この技術を長らく秘匿し占にする乾留処理によって硫黄分を除去したコークスを使用す

産業技術短期大学機械工学科教授(〒661
0047 尼崎市西昆陽 1271)
History of Refining of Iron and Steel; Yoshihiko Higuchi(Department of Mechanical Engineering, College of Industrial Technology,
Amagasaki)
Keywords: ironmaking, steelmaking, refining, blast furnace, converter
2019年 6 月10日受理[doi:10.2320/materia.58.544]

ミ ニ 特 集るコークス高炉を 1709 年に開発した．さらに，蒸気機関に

外国から低りん鉱石を輸入する必要があったからである．一よる送風強化でコークスの難燃性に対応したこと，脱硫に必方，米国やスウェーデンでは低りん鉱石が採掘されるため要な石灰投入による低硫化が実現したことにより，コークスに，この問題は顕在化しなかった．溶鋼中のりん濃度を低下

高炉は 1790 年に 81 基にまで拡大していった．蒸気機関を構させるためにはりんを酸化し，生成したりん酸( P2O5 )を親成する鉄部品は高炉で製造された鉄を用いることから，高炉

和性の高い石灰(CaO)で安定化する必要があった．しかし，と蒸気機関が相互の発展に寄与したという歴史は興味深い．

ベッセマーの時代には転炉に内張された耐火物にはシリカ

イギリス中部，バーミンガムの北西40 km のテルフォード近(SiO2)が主体のいわゆる酸性耐火物が使用されており，投入

くのコールブルックデールでは，周辺の炭田から産出されるした石灰はシリカと結合してしまい脱りんに寄与しなかっ石炭から製造したコークス，および，地元で産出する鉄鉱石た．この課題は 1878 年にトーマスが CaO, MgO 系を主体と品質の優位性もあってコークス高炉が興隆していった．一した塩基性耐火物であるドロマイト耐火物を実用化したこと

方，周囲に炭田がないサセックスの「ウィールドの森」の高で解決され，あらためてトーマス転炉と名付けられた．こう炉群は衰退することになった．その後， 1828 年にニールソ

して，鉄鉱石のりん含有量に応じて，ベッセマー転炉とトーンが送風用空気を予熱する技術を開発し， 1857 年にカウパマス転炉が使い分けられる状況が訪れた．

ーが耐火煉瓦を格子に組んだ熱交換方式を改善した．高炉排このように脚光を浴びたベッセマーとトーマスの両転炉で熱の利用を可能にしたカウパー型熱風炉のおかげで，高炉のあるが，多量の屑鉄(スクラップ)や型銑(冷銑)を溶解するほ

熱効率や反応性，生産性は大きく向上することになった．

どの発熱量を有していないという課題があり，溶銑率 95 

以上のようなコークス高炉興隆の象徴としては， 1781 年以上を必要とするため，鉄源の多様化に対応できないというにコールブルックデールで完成した世界初の鉄橋である

欠点があった．この課題を解決したのが 1864 年にマーチン

Iron Bridge(全長 60 m )があり， 1986年に世界遺産に登録さとシーメンスによって開発された平炉である． 1857 年にシれ現代に残っている．この鉄橋が炭素濃度 3以上の鋳鉄製ーメンスが考案した反射炉と排熱の蓄熱機能を組み合わせたであるのは，当時は溶銑から炭素を除去する効率的な技術が構造にマーチンによるスクラップ溶解技術を利用したものでなかったことが関係している．その後，各地に設置された鋳あり，燃料を燃焼させて得た高温ガスを利用することで鉄の鉄橋で崩落事故が相次いで発生したのは鋳鉄の脆さが原因で溶解に必要な熱源の不足を解消し，溶鉄表面を雰囲気ガス中あり，炭素濃度の低い錬鉄や鋼の供給が望まれることになっの酸素と接触させ，溶鉄中の炭素との反応で脱炭する方式でた．この鉄橋が完成した直後の 1784 年にコートが溶銑からある．平炉も開発された当初は脱りんができなかったが，ト炭素を除去して錬鉄を製造するパドル(puddling)法を発明しーマス転炉に適用された塩基性耐火物を用いることでりん濃た．これは，燃焼室で発生した熱を利用する反射炉で鉄を溶度を低減することが可能になった．また，溶鋼中の不純物元

かし，できた溶銑を鉄棒でかき混ぜることにより空気中の酸素を転炉よりも低減できるという品質上の利点もあり，平炉素と接触させて炭素を CO ガスとして除去する方法であり，の生産量は 1904 年に両転炉の合計を上回り，製鋼における炭素濃度が低い錬鉄が製造可能になった．このパドル錬鉄で主たるプロセス装置としての地位を築き，日本にも導入され1889 年に作られたのがパリのエッフェル塔(全高 324 m ，ていった(9)．

1991年世界遺産登録)である．反射炉の中で溶銑は脱炭反応

平炉の弱点であった生産性の改善に寄与する周辺技術としにより炭素濃度が低下するが，それとともに融点が上昇するて酸素大量製造技術が登場し，平炉の発展を加速することにために途中から固体と液体が共存した流動性の低い状態に変なった．すなわち， 1895 年にリンデが空気液化装置を開発化する．それを攪拌し続け，空気との接触を維持することでして酸素を分離する方法を見つけ， 1925 年にフランケルが高粘度の鉄を鉄棒にからみつける作業が必要であった．この蓄冷機を発明したことから純酸素が工業的に入手可能になり，ような暑熱作業が求められ，その必然的な結果としての低生

1939 年にカピッツァが膨張タービンを発明して，酸素大量産性のためにパドル錬鉄は非常に高価であった．また，大型製造時代が訪れたのである． 1940 年代から工業的な利用が生産物の製造が難しく，鋳造技術を利用できないという課題始まった酸素を用いることで，例えば，富士製鉄(現・日本もあった(3)(5)．

製鉄)の広畑製鉄所では，平炉の製鋼時間や燃料原単位が従

この状況は 1856 年にイギリスのベッセマーが空気を炉底

来の半分以下になり，生産能率は倍増した．この目覚ましいから吹き込む底吹き転炉であるベッセマー転炉を発明するこ成果を受けて平炉の時代が続くと思われたにも関わらず，とで打破された(6)(8) ．吹き込んだ空気中の酸素による脱炭

1964 年をピークに平炉の生産量は急減することになった．

反応で溶銑中の炭素濃度が低下して融点が上昇するものの，その原因は， LD ( Linz Donawitz )転炉と呼ばれる上吹き転

融点を上回る温度を発熱反応で得ることにより炭素濃度の低炉の発明であり，その検討は純酸素が工業的に大量利用でき

い鋼を溶融状態のまま製造することが可能になった．パドルる時代が見通された 1930 年前後からドイツで始められてい法とは異なり，容易に鋼を製造できる転炉法は注目を集め各た．その頃から，ベルリン工科大学のデュラーらやアーヘン

国で採用されたが，イギリス国内では評判がよくなかった．

工科大学のシュバルツは，ベッセマー転炉とトーマス転炉がイギリスで産出される鉄鉱石の多くは高りん鉱石であり脱り採用していた底吹き法で純酸素を使用すると耐火物損耗が著んが必要であったが，ベッセマー転炉では脱りんができず，しくなり操業が困難になることから，浸漬ランスを用いた酸

ま て り あ 第58巻 第10号(2019)
Materia Japan素上吹き法を研究していた．彼らの小型実験の発表をもとにし，その冷却効果で羽口を保護するという考えであった．こフェースト社は規模を拡大した実験を複数回実施した．当初の方法を試みた結果，酸素ガスを底吹きしたにも関わらず，の予定通り浸漬ランスから酸素を溶鉄内部に吹き込んだ実験

羽口先端にマッシュルームと呼ばれる凝固鉄が生成しているでは，内容物が飛散し，ノズルや耐火物の損耗が著しく，不ことが確認され，その有効性が立証された． 1967 年にドイ

純物を除去するためのスラグが良好に形成されないという結ツのマックスヒュッテ社がカナディアン・リキッド・エア社

果であった．一方，途中で浸漬ランスが溶損してしまい，結とライセンス契約を結び， 20 トンのトーマス転炉の底部に果的に酸素を溶鉄浴面上方から吹き付ける形になった実験で二重管羽口を設けた底吹き転炉を OBM ( Oxygen

BottomMaxh äutte)と名付けて操業を開始した．また，1971

は，飛散物が低減し，良好なスラグが形成されて鋼の高純度Blown化が進行し，耐火物は維持されるという目覚ましい結果が得年にはスウェーデンのスラハマー・ブルック社が 30 トン

られた(10) ．これを受けてフェースト社は後者の上吹き法にOBM を建設， 1973 年にはアメリカの US スチール社が 180

注目し，数トンから十数トン規模の実験を数か月の間に精力

ton 大型炉を建設して，QBOP (Quick Refining, Quiet blow-

的に行い，オーストリアのリンツに実用転炉を建設すること

ing, QualityBasic Oxygen Process)と命名した．日本でもを決定した．さらに，ドナビッツでの実用転炉建設が決定さ1977 年に川崎製鉄(現 JFE スチール)が 230 ton 大型炉でのれ，両者は1952, 1953年に相次いで稼働を開始したことから操業を開始するに至った(12)(13)．報告された各種の操業結果

上吹き転炉は LD 転炉とも呼ばれることになった．なお，上は，底吹きガスの圧倒的な撹拌力によって突出した精錬性能

吹き転炉では，炭素と反応させるために供給する酸素は鋼浴が得られることを示していた(14) ．この技術開発は鉄鋼製造

攪拌の役割もあり，上吹き酸素ジェットの運動量を確保するに直接的に関係していないガス会社が底吹き転炉の革新技術ために超音速流を形成することができる末広形状のノズルをを生み出したという点で異色の出来事であったといえる．こ有するラバールランスが使用された．

の勢いのまま，底吹き転炉は新たなゲーム・チェンジャーに

上吹き転炉を平炉と比較すると，同じ炉内容積での生産速なるかと思われたが，鉄鋼各社が上吹き転炉でガス底吹きを度は平炉の 45 倍であり，設備費は平炉の6080で済むと併用する実験を始めたところ，酸素の全量でなくても一部のいう優位性があった．また，反射炉式の平炉と異なり，酸素ガスを底吹きすることで攪拌状態が大きく改善されることがの発熱反応を利用する転炉では耐火物負担が小さいというメ

見出され，上底吹き転炉への移行が急速に進み現在に至ってリットもあった．さらに，平炉と同等以上の高純度化能力がいる(15)(18) ．その結果，底吹き転炉はゲーム・チェンジャ

あることから，低 P, S, O, N 濃度が要求される鋼に適用されーにはならなかったが，上吹き転炉を上底吹き転炉に転換ていった(11)．このような事情から， 1960年代以降に平炉か(アップデート)させるきっかけを作ったという点では重要な

ら上吹き転炉への転換が急速に進むことになった． 1930 年

技術開発であったと認識されるべきである(19)．

頃に出現した酸素大量製造技術は平炉の発展に貢献したが，最終的にその技術を最大限に生かすことができたのは上吹き転炉だったという歴史には感慨深いものがある．

以上の鉄の精錬の歴史を振り返ると，ゲーム・チェンジャーが出現する「きっかけ」の多くには，需要課題，環境・資平炉全盛の時代を転換した上吹き転炉ではあるが，この上源問題，周辺技術の進化などが背景にあったことがわかる．

吹き転炉を凌駕する新たなゲーム・チェンジャーを目指す開すなわち，高炉法には需要課題(大量生産)と周辺技術(水車発が行われていた．それが底吹き転炉である．上述した上吹利用)，コークス高炉には，環境・資源問題(木炭枯渇)と周き転炉の浴内攪拌は上吹きガスジェットの運動量によってま辺技術(蒸気機関)，ベッセマー転炉には需要課題(鋼の大量

かなわれているが，生産性向上を目的に大型化した上吹き転

供給)，トーマス転炉には周辺技術(耐火物)，平炉には資源

炉では攪拌力不足が顕在化しつつあった．一方，底吹き転炉問題(屑鉄・冷銑対応)と需要課題(高純度鋼)，上吹き転炉にでは，酸素全量を転炉底部から羽口(ノズル)を通じて溶鉄内は周辺技術(酸素製造)，底吹き転炉や上底吹き転炉には周辺部に供給することにより強力な攪拌力を付与することが可能

技術(部外者の発想)という「きっかけ」があった．では，今である．しかし，純酸素を底吹きすると耐火物の溶損が著し後の鉄の精錬の技術開発はどのような「きっかけ」が作用すいという従来の常識に基づいて上吹き転炉が開発された経緯

る可能性があるだろうかから，純酸素を用いた底吹き転炉の実現性は非常に困難であ

鉄鋼業に限らず全産業に対して，既存技術からの転換を促ることが鉄鋼技術者の間では暗黙のうちに了解されていた．

す「きっかけ」として考えられているのは環境問題であり，

しかし，その常識に挑戦した技術者がいた．それは，鉄鋼技

その中でも地球温暖化を含む気候変動に影響する二酸化炭素

術者ではなく，カナディアン・リキッド・エア社の技術者で排出量の大幅な削減という課題は避けて通れない．自動車業

あったサバードとリーであり，彼らはあらゆる種類の冷却ガ

界でもエネルギー源をガソリンや軽油から電気や水素へ転換スを試みた．非常識とされた試みは，予想されたように，失することによる対応策がとられつつある．鉄鋼業でも当然の敗の連続であったが，ある時に二重管羽口の内管に酸素，外ことながら，この課題への対応策が検討されており，日本鉄

管に炭化水素ガスを流すという方式が試みられた．通常，酸鋼連盟は 2014年に 2030 年を見通した「低炭素社会実行計画

素と炭化水素との反応は発熱反応であるが，炭化水素ガスがフェーズ」を発表している(20) ．これは最先端技術(BAT:

羽口出口に到達する前に生じる吸熱反応である熱分解を利用

Best Available Technology)の最大限導入で CO2 を900万トミ ニ 特 集ン削減するというもので，その内訳は，次世代コークス製造

可能性がある．

技術の導入( 130 万トン)，自家発電/共同火力発電の発電効率改善(160万トン)，省エネ設備増強とその高効率化(150万次のゲーム・チェンジャーは， CO2 低減に注力する環境トン)，廃プラ等のケミカルリサイクル拡大( 200 万トン)，対応型なのか，それとも AI や IOT を活用した周辺技術活二つの革新的技術の開発・導入(260万トン)である．革新的用型か，門外漢による常識破り型なのかは予想がつかない．

技 術 の 一 つ が Course50 で あ り ， コ ー ク ス 炉 ガ ス ( COG 

しかし，酸素大量生産時代を予期して純酸素を用いた新しいCoke Oven Gas)中の水素を併用して，鉄鉱石を還元するこ転炉法を検討した研究者や技術者がいた．現代においても，とにより CO2 排出量を削減し，それに加えて高炉ガスから新時代のパラダイムシフトを睨んで革新的技術に取り組んで発生する CO2 を分離・貯蔵・利用(CCS/CCUCarbon Cap-いる研究者や技術者達が多数おり，彼らや彼女らが新時代のture andStorage/Utilization)する技術である(21)．もう一つ扉を開けることを期待したい．

の革新的技術であるフェロコークスは，高炉内の鉄鉱石を従

文

来よりも低い温度で高速に還元するために利用する革新的塊献成物である(21) ．この二つはいずれも国家プロジェクトとして開発が続けられている．鉄鋼連盟はさらに長期を見据えてロセスでは，センサー類の耐熱温度の制約などがあるため，( 1 ) 永田和宏無機マテリアル，4(1997), 575585.
( 2 ) ルードウィヒ・ベック，中沢護人(訳)，たたら書房，(1974).
( 3 ) 坂本和一經濟論叢，99(1967), 203220.
( 4 ) 坂本和一經濟論叢，100(1967), 143162.
( 5 ) 坂本和一土地制度史学，10(1968), 50
67.
( 6 ) 中沢護人鋼の時代，岩波書店，(1964).
( 7 ) 中沢護人金属，50(1980), 3337.
( 8 ) 中沢護人栄光のいばらの道―ベッセマーの溶鋼法の発明，
アグネ，(1989).
( 9 ) 日野光兀ふぇらむ，23(2018), 4353.
(10) 雀部 実鉄と鋼，67(1981), 818821.
(11) 土居 嚢日本金属学会報，1(1962), 591598.
(12) 江島彬夫，三本木貢治日本金属学会会報，17(1978), 483
489.
(13) 中西恭二，三本木貢治鉄と鋼，65(1979), 138147.
(14) 数土文夫鉄と鋼，76(1990), 1770
1774.
(15) 栗田満信鉄と鋼，79(1993), N704N710.
(16) 島 孝次鉄と鋼，76(1990), 1765
1769.
(17) 姉崎正治，山崎 勲鉄と鋼，76(1990), 1775
1778.
(18) 岸本康夫，齊藤敬高鉄と鋼，100(2014), 445
455.
(19) 江見俊彦鉄と鋼，100(2014), 31
58.
( 20 ) 日本鉄鋼連盟鉄鋼業界の取り組み 低炭素社会実行計画，
http://www.jisf.or.jp/business/ondanka/kouken/keikaku/(21) 内藤誠章，武田幹治，松井良行鉄と鋼，19(2014), 2
30.
( 22 ) 日本鉄鋼連盟日本鉄鋼連盟長期温暖化対策ビジョンの策定について，http://www.jisf.or.jp/news/topics/181119.html

高度なデータ解析技術を適用するのに十分なデータが収集で★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

2030 年以降 2100 年までを対象とした『ゼロカーボンスチー

ルへの挑戦』と題する長期温暖化対策ビジョンを 2018 年に発表しているが，そこでは「高炉を用いない水素還元製鉄」という項目が含まれている(22)．
次に，「きっかけ」として考えられるのは周辺技術の発達であり，その筆頭としては最近話題になることが多い人工知能(AI，Artificial Intelligence)や IOT(Internet of Things)が挙げられる．自動車業界では人工知能が大量の画像・センサ
ー情報を的確に処理することにより自動運転を実現するための技術開発が競われ，その実用化が目前に迫っている．また，発電タービンや飛行機に大量のセンサーを配置し，その信号処理を通じて保全診断やオペレーション改善につなげる技術も実用化され始めている．鉄鋼業界でも同様に， AI に基づいてビッグデータを処理し， IOT を通じてベテランのオペレーターが持っている操業や品質の管理ノウハウをデジタル化して次世代に継承していくことが望まれている．しかし，鉄鋼業の中でも製銑や製鋼のような高温で精錬を行うプ

1986年 東京大学大学院工学研究科修士課程修了
株 製鋼研究開発部長
2009年 4 月 住友金属工業
株 技術開発本部
2012年10月 新日鐵住金
製鋼研究開発部長
2015年 4 月現職
専門分野高温プロセスの研究開発◎鉄鋼分野，環境問題に関わる領域に挑戦中．

きているとは必ずしも言えない状況にある．そのため，高温環境でも温度・成分や設備稼働状況を逐次モニターできる新
たなセンサー技術の開発が望まれる．また，センサー技術がどうしても及ばない領域ではリアルタイムで流体や固体の振る舞いを解析する数値流体力学(CFD，Computational Fluid
Dynamics)や離散要素法(DEM，Discrete Element Method)などのシミュレーションを組み込むことが必要になってくる

ま て り あ 第58巻 第10号(2019)
Materia Japan★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
樋口善彦




銅製錬技術の歴史と今後の技術展開
高

橋

純

一

を行うことで濃縮し，銅濃度 20～30 massの精鉱としたも

.

は じ

め

に

のを輸入している．
図は主な金属元素(M)の硫黄(S)酸素(O)ポテンシャル

銅は人類が最初に手にした金属のひとつであり，古代より図である．一般的に硫化物を大気中で酸化すると PSO2＝0.1

機能材料として重要な役割を果たしてきた．電気伝導性，熱で酸化が進む(図中矢印)．銅製錬における最大の不純物であ伝導性に優れた銅の需要は今日でも増加を続けている．
本報では銅の需要を支える銅製錬の発達の歴史を整理し，現在の銅製錬の問題点についてまとめた．

る硫化鉄が点 a で酸化物になるのに対し，硫化銅は酸化していけば点 e でメタルになることがわかる．銅製錬はこの原理を利用しており，大部分の鉄を酸化してファイアライトスラ
からみ

グ(

.

現在の銅製錬プロセス

FeOSiO2)で分離し，一部残留させた硫化鉄と硫化かわ

銅の化合物である，マット( )銅濃度 58～63 mass Cu2
SFeS を得る．これが図 1 中に示す熔錬工程である．

銅は日本国内で年間約 150万 t 生産されている．主な原料は硫化鉱石(黄銅鉱 CuFeS2)で全量海外産から輸入されている．
図は現在の銅製錬処理法(フローシート)である．鉱石中熔錬工程での反応に伴う相の変化は以下のようになる．
CuFeS2＋O2 → Cu2S－FeS＋FeO＋SO2(1)

FeO＋SiO2 → FeO－SiO2

(2)
からみ

製銅(精銅)工程では，若干残留した硫化銅をスラグ(

)

しら かわ

の銅濃度は 0.5～2 massであり，それを粉砕して浮遊選鉱

図1

銅製錬処理フロー．

除去して硫化銅(白図2) を 得 ， さ ら に 酸 化 し て 粗 銅 ( 99.8

MSO 系ポテンシャル図．

住友金属鉱山株式会社 技術本部 新浜研究所研究主幹(〒792
0002 新居浜市磯浦町175)
History and Future Technology Development of Copper Smelting; Junichi Takahashi (Niihama Research Labs., Sumitomo Metal MiningCO., Ltd., Niihama, Ehime)
Keywords: copper smelting, history, flash furnace, mechanism, recycling
2019年 6 月24日受理[doi:10.2320/materia.58.548]

ミ ニ 特 集

続く 吹(熔錬)工程では，焼鉱に溶剤としての珪砂と炭をmass)を得る．
Cu2S－FeS＋O2 → Cu2S＋FeO(3)

添加し，空気を供給して炭を酸化させることで熔融に必要な

Cu2S＋O2 → CuO＋SO2(4)

熱量を供給し，酸化した鉄を熔剤によって低温で熔融するフ処理を 2 段に分ける理由は，スラグ中に含まれる銅量を最少に抑えるためである．得られた粗銅は電解精製により99.99 mass以上の純銅(精製銅)となる．

ァイアライトスラグ化して，マットと分離する．
吹工程での生成マットは，焙焼工程で既に多くの鉄が酸化されていることから，鉄はほとんどがスラグ化しており，
しらかわ

マットというよりも Cu2S 主体の白 である．

.

日本の銅製錬の歴史

また，この工程では床尻銅(粗銅図)が生成していた．
マット共存下で平衡状態にあれば銅メタルは生成しないはず

日本の銅製錬の歴史を住友の銅製錬技術の変遷を代表として示す．

であるが，焙焼工程での局所的な過酸化やマットの局部酸化が生じたと考えられ，その際には銅メタルが生じ得る．江戸

銅製錬技術は，奈良時代に仏像作製のために発達したが，平安時代になると技術は廃れた．その後，戦国大名による鉱期の技術では，炉全体に渡って平衡状態を保つことは難し
く，局部酸化が生じていたのである．

山開発をきっかけとして次第に盛んになった．江戸時代には別子銅山の鉱石中には Pb, As, Sb などの不純物がほとん

硫化鉱石からの製錬技術が高度化し，当時日本は世界最大のど含まれていなかったこともあり，得られた粗銅や床尻銅の銅輸出国であった．

純度は非常に高かったことが最近の調査により分かってい江戸時代の製錬方法については，住友が発行した故銅図る．一例として床尻銅の化学分析値を表に示す．

録(1)にその工程が示されている．図にその一部を示すが，明治になると処理法の近代化が図られ，図の別子銅山の図録には採鉱から製錬工程までが絵を伴った簡単な文章で示

産銅量の推移に示すように，銅の生産量は飛躍的に増大しされており，その様子が詳しくわかる．故銅図録に示された

た(3)．

処理フローの概略を図に示す(2)．江戸時代の住友の銅製錬
は，焙焼(脱硫工程)－ 吹(熔錬マット化工程)－真吹(粗銅化工程)－間吹(精製工程)－小吹(鋳造工程)という工程で行われていた．真吹工程までは各鉱山の山元で行われていたのに対し，間吹以降の処理は，全国から粗銅が大阪に集められ幕府から指定を受けた製錬業者によって，幕府の管理下で行われていた．これは当時の日本にとって銅が最大の輸出戦略物質だったことに因るものである．
処理フローの簡単な説明を以下に示す．
住友の経営する別子銅山で採掘され手選された鉱石は，まず焼鉱窯で 30 日間焙焼をすることにより，鉄を酸化するとともに脱硫して焼鉱を得る．この理由は，当時の床吹き式の処理だけでは鉄の酸化と脱硫に時間がかかりすぎて効率が悪かったためである．この焙焼操作は電化と共にエアーブロー
方式に変化したが，明治末期に至るまで続けられた．

図4

図3

鼓銅図録の 吹(左)真吹(右)図．

ま て り あ 第58巻 第10号(2019)
Materia Japan

故銅図録に示された江戸時代の製錬フロー．

図5

別子初の床尻銅．




S

表1

床尻銅の化学分析値．(単位)N.D. 検出されず．

Al

Si

K

Ca

Ti

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

As

Ag

Sb

Au

Pb

N.D.

N.D. ＜0.1 N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

0.02

0.01

0.03

―

＜0.1

0.01


240 ＜0.01 0.01

4

0.03 ＜0.01 0.5

住友の別子を例にすると，明治時代の最重要技術課題のひとつが耐火物寿命であった．硫黄の燃焼や鉄の酸化による発

Sn

Bi

O

1922 年に採用したことが，操業の安定化による生産性向上の大きな転機であった．

熱で，特に羽口部煉瓦の熔損が常に顕在化していた．熔錬工

.

程では 1891 年に導入したジャケット式の水冷機構を有する

現在の銅製錬の技術課題

水套炉(図)の導入により局部過熱による煉瓦熔融が大幅に軽減され安定操業が可能になった．製銅工程では，図に示

現代の熔錬炉には，自熔炉， MI 法の S 炉(4) ， TSL 炉等

す塩基性レンガを使用したグレートフォールス型転炉(4) をが用いられており(図～)，過去の溶鉱炉時代にあった刃口煉瓦の局部加熱は問題とならなくなった．一方で，世界的な鉱石不足に伴い精鉱中の銅濃度低下が著しく，同一装置で処理量を増加させる必要性が日々高まってきている．この課
題へは各工場で日々操業改善がなされているが，銅濃度の低下とともに生成スラグ量が増加することになり，処理コスト増とそれに伴って生じるスラグ中への銅のロス量増大が大きな課題のひとつとなっている．



銅ロス低減

日本国内の銅製錬で発生する熔錬スラグ量は年間約300万トンであり，その中に 0.71.0 massの銅が含まれている．
図6

別子銅山の産銅量の推移．

すなわち 3 万トン程度の銅が回収されずに系外に排出されているが，銅価格が 70万円/トン( 2019年 2 月)であると 210

図7

図8



長方形水套炉．

グレートフォールス炉．

図9

自熔炉模式図．

図10

MI 法模式図．

ミ ニ 特 集図12

図11

自熔炉での反応メカニズム(2 粒子モデル)．

TSL 炉模式図．

億円/年と莫大な金額になる．
銅ロスには，スラグ中に銅が酸化物として溶け込む化学的ロスとマット粒子が物理的にスラグ中に懸垂する物理的ロス

図13

自熔炉バーナー模式図．

とがある．溶錬炉の最終酸素分圧には大きな変化がないので化学的ロスの変化は小さく，物理的ロスが全体のロス量を決定する．すなわち，この物理的ロス量の低減が技術開発の対象となる．

消滅させて FeOSiO2 スラグの形成を促進させることである．
両者を達成するための最も重要な装置はバーナーである．

次に，世界の銅製錬所の約 40で用いられている自熔炉自熔炉バーナーには図に示すセントラルジェット式バーナ(図 9)について説明を行う．自熔炉では精鉱を，バーナーをーと住友式バーナーの 2 種類がある．セントラルジェット

用いてリアクションシャフト内で燃焼させる．図にリアク

バーナーは量的性能に優れ，多量の鉱石を安定に処理するこションシャフト内での精鉱粒子の反応のメカニズムを示とができる．一方住友式バーナーは，質的性能に優れた部分

す(5)．これは 2 粒子モデルと呼ばれるもので，があり，条件のセッティングが上手く行った場合には非常に


◯

◯


◯

まず反応は不均一に生じる

良い燃焼状態を保ちかつ衝突を促進できるという特性を有す

酸素の大部分を一部の粒子(図中 CuFeS2(s)F)が消費

株 ではコンピューターシミュレーション等
る．住友金属鉱山

して鉄の一部はマグネタイト(Fe3O4)になり(図 2 参照)

を，バーナーの最適設計へ活かしている．入手する精鉱によ

残りの鉄はマット(Cu2SFeS)化する

り反応性状が異なることから，常にバーナーの開発は続けて未反応粒子(図中 CuFeS2(s)S)と過酸化粒子，さらには珪砂が落下しながら衝突して均一化していきスラグ・
マット相を生成するいく必要がある．
マグネタイトが消滅しない時は，スラグとマット間に滞積する．マグネタイトは固体で存在し，スラグの粘性を極端にという現象が生じていると考えられている．このメカニズム

上昇させるため，マット粒子がトラップされて沈降しなくなから，リアクションシャフトでは精鉱の効率的な燃焼と粒子る．図に示するつぼ試験の結果より，200ミクロンと大き衝突を両立させる必要があることがわかる．すなわち，精鉱

な粒子でも沈降が妨げられている．そのため，このスラグ底は短時間で燃焼させて酸素を有効利用するとともに，粒子を部に沈降したマグネタイトを消滅させる手段の開発を大学と早く熔融させて粒子の結合を進み易くする．また，粒子の衝の共同研究などで行っている．

突は，マット粒子の粗大化させるとともに，マグネタイトを

ま て り あ 第58巻 第10号(2019)
Materia Japan元素(砒素，カドミウム，鉛，水銀など)もある．銅鉱石の不足に伴い，精鉱中の有害元素の濃度増加が問題になっている．
例として砒素について説明する．国内には年間約 5,000 tの砒素が入って来ている．大半の砒素はスラグ中で安定化されて溶出がない状態で系外に排出されるが，スラグ中の含有上限値に徐々に迫って来ている．
技術的には砒素の分離・固定は可能であり，例えばスコロ
ダイト(FeAsO4･ 2H2O)で固定する技術が確立している．し図14

マット粒子トラップ状態．

かしながらこの処理でコストが増大するばかりでなく，スコロダイトの保管場所・方法の問題も残る．チリでは精鉱を焙
焼して砒素を揮発除去するプロセスが採用されているが，やはり除去後の処理法が問題となっている．
この問題の最も良い解決法は砒素の新規用途開発であり，
例えば CdAs の半導体としての利用などが成されれば，不純物は一転して有価物化する．今後の新規用途開発を期待する
ところである．

図15

.

廃 LIB(リチウムイオン電池)リサイクルプロセス．

お

わ

り

に

本稿では，銅の需要を支える銅製錬の発達の歴史を整理リサイクル量の向上

し，現在の銅製錬の問題点についてまとめた．
銅は今後も全世界的に需要が増加すると予測されている．

銅製錬では硫黄の燃焼熱並びに鉄の酸化熱が多量に発生

その安定供給のために，非鉄製錬各社は銅濃度低下，銅ロし，その熱をリサイクル品の熔融に利用することができる．

ス，リサイクル処理，不純物量増加といった技術課題の解決

このプロセスは大きなリサイクル設備ともいえる．国内ではを図っている．

年間15万 t の銅をスクラップとして回収しており，これは銅生産量の約 10に相当する．また，廃基板からの貴金属回

金属学会の各位におかれては有害と言われる元素の新規用途開発を進めていただきたい．

収，シュレッダーダスト処理による銅回収なども盛んに行な文われている．

献

株 では廃リチウムイオン電池(LIB)
この他，住友金属鉱山

からの銅とニッケルのリサイクルを行っている(図)(7)．
製造工程内不良品や使用済みとなった廃 LIB を転炉に投入すると銅とニッケルはマット中に分配する．電解工程にて銅はメタルとして回収され，ニッケルは別途沈殿泥として濃縮される．この沈殿泥はニッケル工場で処理され，硫酸ニッケ
ルになる．この硫酸ニッケルを原料に正極材を作成し，バッ
テリー製造メーカーにて再び LIB 電池になる．このようなバッテリー to バッテリーの循環プロセスが成立している．
このように，非鉄製錬各社はリサイクルを積極的に行っており，その処理量は年々増加している．しかしながら，炉を( 1 ) Masuda Tsuna: KodoZuroku, Burndy Library, (1983).
( 2 ) 別子銅製錬技術研究会近世住友の銅製錬技術，泉屋博古館，(2017).
株 住友別子鉱山史編集委員会住友別子鉱山( 3 ) 住友金属鉱山
史，住友金属鉱山，(1991).
株 HP, (2019)( 4 ) 三菱マテリアル
https://www.mmc.co.jp/corporate/ja/business/metals/( 5 ) 吉村久美子愛媛県総合科学博物館研究報告， 7 ( 2002 ) , 23 86.
( 6 ) N. Kemori, et. al.: Metall. Trans. B, 20B(1989), 327336.
株 HP, (2017)( 7 ) 住友金属鉱山
http: // www.smm.co.jp / news / release / 2017 / 07 / post 1384.
html

傷めるために，ハロゲン物を含むスクラップの処理は不可で★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

あり，リサイクルならではの課題が生じている．現在，小坂
株 における銅精鉱を用いた TSL 炉による貴金属リサイ
製錬
株 におけるロータリーキルンによるリクルや三菱マテリアル

サイクル炉のように，スクラップ処理に適した製錬処理プロセスが用いられ始めている．スクラップに応じたリサイクル
プロセス開発がこれからの課題の一つである．



不純物処理

高橋純一

1985年 3 月 東北大学工学部金属工学科 修士課程修了
1985年 4 月 住友金属鉱山株式会社入社 金属事業本部 新居浜研究所勤務
1995年 7 月 エネルギー環境事業部 技術センター勤務
2001年 9 月 東北大学金属工学科 博士課程修了
2002年 5 月 現職
専門分野非鉄金属製錬プロセス開発◎非鉄各種製錬・金属リサイクル・海洋資源製錬プロ
セス等の開発と応用に従事．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

銅精鉱には多種多様な元素が含まれており，その中に有害

ミ ニ 特 集アルミニウムの製錬
村

上

智

矢

(図)(1)．

. は

じ

め

しかし， 1970 年代後半から新地金生産量は，減少の一途を辿っている．アルミニウムは，「電気の缶詰」と呼ばれる

アルミニウムは，軽量性，熱伝導性，耐食性などで優れたほど電気を消費し， 1 トンのアルミニウムを生成するには性能を有し，自動車材や建材，日用品など様々な用途で使用

15,000 kWh の電力を必要とする．このように膨大な電力をされており，現在，我々の生活には欠かすことのできない金必要とすることから，昭和 50 年前後のオイルショックによ属の一つとなっている．中国の発展とともに世界のアルミニ

る電力コストの高騰は，国内のアルミニウム製錬メーカーにウム新地金生産量は年々増加し，現在では 60 百万トンを超とって，大打撃であった．さらに円高などにより，国際的価えている(図)．かつては，日本国内においてもアルミニウ

格競争が激化し，競争力を失った国内メーカーはアルミニウ

ム新地金は生産され， 1970 年代に 160 万トン生産していたム製錬から撤退を余儀なくされた．それでも細々とではあったが，日本軽金属ではアルミニウム製錬を継続していたが，2014 年に設備老朽化を理由に製錬事業から撤退し，日本国

内からアルミニウム製錬工場は無くなった．
資源の点からアルミニウムを考えると，地表から 10 マイ
ルまでにある元素存在比率を表すクラーク数では酸素，珪素についで 3 番目に位置し，鉄よりも多い(図)．実際には，
アルミニウム単体として存在しておらず，ボーキサイト中に酸化アルミニウム(以下，アルミナ)という形態で存在してい
る．ボーキサイトからアルミナを製造し，それを原料としアルミニウムが作られている．ここでは，アルミニウム製錬について紹介する．

図1

図2

アルミニウム新地金の生産量推移．

国内アルミニウム新地金の生産量推移．

図3

主な元素のクラーク数．

日本軽金属株式会社グループ素材センター工程チームスラブ担当(〒421
3297 静岡市清水区蒲原161)
Aluminium Reduction; Tomoya Murakami(Group Casting Center, Nippon Light Metal Company, Ltd., Shizuoka)
Keywords: aluminium, alumina, reduction cell hallheroult, prebake, soderberg
2019年 6 月10日受理[doi:10.2320/materia.58.553]

ま て り あ 第58巻 第10号(2019)
Materia Japan




.

アルミニウムの歴史

アルミニウムの起源は，古代エジプトにおいてミョウバン( K2SO4 ＋ Al2 ( SO4 )3)が添加剤・医薬品として使用されていたことに端を発する．ミョウバン( alum )を語源とし， alumen，alumium などを経て，現在の aluminum と呼ばれるようになった．1782年にフランスの科学者 A.L. ラボワジェが「ミョウバン石は金属の酸化物である可能性が大きい」という説を発表し，1807年にイギリスの電気化学者 H. デービー
が，ミョウバン石を電気化学的な方法で分離を試み，金属ア

図4

バイヤー工程間略図．

ルミニウムの存在を確認した．その後， 1855 年にフランスの化学者 H.E.SC. ドビルが化学還元法によりアルミニウム製錬を開始した．そして， 1886 年にアメリカ人のチャール
ズ・マーティン・ホールとフランスのポール・エルーが各々溶融塩を使用した電気分解によるアルミニウム製錬法を考案した．発明者の名前を取り，ホール・エルー法と呼ばれ，ア
ルミニウム製錬が工業的な発展を遂げた．また， 1887 年にオーストリアの K.J. バイヤーが湿式アルカリ法によるアルミナ製造法を発明したことも現在のアルミニウム製錬の基礎を築き，今日に至っている．

.

アルミニウムの製錬

アルミニウムの製錬法では，前述したホール・エルー法以外にトス法やサブハライド法，溶鉱炉法など各種ある(2)(4) ．アルミニウムを使用し，副生成物として塩素ガスが発生するため，公害問題や設備大型化などに難点があり，工業的なアルミニウム製錬法としては発展しなかった．また，アルミナの熱による溶解では，融点が 2054 °C と非常に高温であり，炉耐火物の材質選定が困難であった．アルミナ

図5

電解炉の種類．

は，絶縁体であるが，ホールとエルーは各々，約 1000 °Cの
溶融氷晶石(Na3AlF6)にアルミナが溶解し，電気分解できることを発見した．この方法は，二人の名前を取り，ホール・るペーストを投入する．一方，プリベークは，予め陽極を焼エルー法と名付けられ，成し，陽極が消耗してくると交換する．ゼーダーベルグ炉で陰極2Al＋3＋6e → 2Al

は，導電棒の陽極に対する挿入方向により縦型と横型に分け

陽極3O2－－6e → 3/2O

2

ることができる．現在，世界で主流の電解炉は，プリベークの反応により，アルミニウムが得ることができる．

炉である．電解炉は，炭素で造られた陽極・陰極が配置さ原料のアルミナは，バイヤー法によりボーキサイトから製れ，陰極には鉄が埋め込まれている．陽極と陰極の間に溶融造される．なお，ボーキサイトは，アルミナ分を 51 ～ 57 

氷晶石(以下，電解浴)，アルミニウム溶湯がある．このと含有し，製造されるアルミナはボーキサイト量の約1/2となき，電解浴中にはある濃度範囲でアルミナを溶解させておる．ここで，バイヤー法の簡略化した工程を図に示す．ボり，電気を通すことでアルミナの電気分解によりアルミニウ

ーキサイトは，抽出工程，分離工程，析出工程を経て，一旦ムが生成される．図にホール・エルー法によるアルミニウ

水酸化アルミニウムとして取り出される．その水酸化アルミ

ム製錬の概略を示す．ボーキサイトから製造できるアルミナ

ニウムを焼成し，アルミナが製造される．このときのアルミ

は，ボーキサイト量の約1/2，アルミナから生成されるアルナの純度は，アルミニウム新地金の純度に大きく影響する．

ミニウムは約1/2である．実際にアルミニウム製錬により生次にアルミニウム製錬で使用される反応炉を図に示す．

成されるアルミニウムの量は，電流量によって決定する．こ

電解炉は，陽極によりゼーダーベルグとプリベークに大別でのアルミニウムの生成量は，ファラデーの法則「析出量は，きる．ゼーダーベルグ炉は，陽極を電解炉自身の熱で焼成し単位時間当たりの電気量に比例する」より理論的に導くことていき，陽極が消耗してくると，炉の上部より陽極の元となができる．図にファラデーの第一法則から導いたアルミニ

ミ ニ 特 集図6

ホール・エルー法によるアルミニウム製錬概略．

図8
図7

電解炉にかかる電圧．

ファラデーの法則から導くアルミニウム理論生成量．
ている(図)．
電解浴は，溶融氷晶石だけでなく，弗化リチウム(LiF)やウムの理論生成量を記載する．
このように， 1 A の電気を 1 hr 流した場合， 0.335 g のア
ルミニウムを生成することができる．

弗化カルシウム( CaF2 )などの弗化物を添加し，電解浴の性質改善が行われている．これは，電解浴の融点や電気伝導度などを改善する目的で添加されている．また，電解浴の組成

また，電解炉にかかる電圧は， 1 炉あたり 4.5 V 前後とな管理をする際，電解浴中の弗化ナトリウムと弗化アルミニウっている(図)．このなかで，電解浴にかかる電圧，アルミムの比率で表される浴比(Cryorite Ratio)と呼ぶ数値をある

ナの電気分解に必要な電圧が操業中に変更できる電圧とな

所定の範囲になるように弗化ナトリウムや弗化アルミニウムる．この時，陽極下面からアルミニウム溶湯表面までの距離を添加し管理している．

を極間距離と言う．陽極がアルミナの電気分解で生じた酸素

アルミニウム製錬における操業指標に，電流効率()や電と反応し二酸化炭素して排出され消耗するため，反応の進行

力原単位(Kwh/tAl)がある(図)．電流効率は，理論生成とともに極間距離は広がる．何の制御もしない場合，極間距量に対する実生成量比率であり，電力原単位は，1 トンのア

離が広がるとともに電解炉にかかる電圧は増加し，入熱と出ルミニウムを生成するのに要した電力を表す．

熱のバランスが崩れ，不安定となる．そのため，極間距離を一定にする制御，つまり陽極位置を一定にする制御が行われ

ま て り あ 第58巻 第10号(2019)
Materia Japan

電解炉の配置や陽極品質の改善等により，電流効率・電力
原単位は改善されている．



表がされている．それは，カーボンフリーの新しいアルミニ
ウム製錬技術である．この新しい製錬技術では，排出されるガスが二酸化炭素などの温室効果ガスではなく，酸素である
こと，そして，従来の寿命を 30 倍以上も上回る陽極・陰極も含まれている．このように，アルミニウム製錬は，まだ改善される余地があり，さらなる改善を期待したい．しかし，日本では海外と同等のアルミニウム製錬工場を再び建設・稼働することは，電力コストの面などを考えると現実的ではない．そのため，アルミニウム新地金を使用する場合，現状と同じく海外から購入するしかないと考えられる．しかし，新地金ではなく，アルミニウムのリサイクルをより推進することがアルミニウム製錬工場を持たない日本のあるべき姿では
図9

電解炉の制御．

ないかと考える．
現在でも各種用途に使用されたアルミニウムがリサイクルされているが，より細かく合金別に選別されれば，よりリサ
イクルされる用途が広がると考える．現在，リサイクルでは，レーザー誘起ブレークダウン分光法( LIBS  Laser Induced Breakdown Spectroscopt)のレーザーによりアルミニ

ウム合金の成分分析を行い，アルミニウム合金を識別・選別する技術がある．このようなリサイクル技術の発展により，リサイクルされるアルミニウムの使用用途が広くなることを
期待する．

文

図10

アルミニウム製錬における操業指標．

( 1 ) 日本アルミニウム協会現場で生かす金属材料シリーズ，(2007), 171173.
( 2 ) 大澤 直よくわかるアルミニウムの基本と仕組み，(2010),
39.
( 3 ) 土橋倫男軽金属，44(1994), 406
417.
( 4 ) 横川晴美熱測定，11(1984), 7280.

他にもコンピューターシミュレーションなどを利用し，最★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

適な電解炉の設計等がなされ，今に至っている．

. 今 後 の 展 望
アルミニウム製錬については，省エネルギー・高効率化が図られる一方で，地球温暖化に対する二酸化排出量の削減が必要である．温室効果ガス削減については，近年革新的な発



献

村上智矢

2006年 名古屋工業大学大学院機能工学専攻 修士課
程修了
主な略歴
株 入社
2006年 4 月 日本軽金属
2010年 1 月 アルミニウム製錬操業担当
現職
2015年 4 月スラブ鋳造の生産管理
専門分野アルミニウム製錬操業管理◎アルミニウム製錬の操業管理を担当．軽金属学会主
催の基礎技術講座にてアルミニウム製錬の講師を長年務める．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

ミ ニ 特 集

貴金属の製錬・精錬・リサイクル
岡

部

徹

錬，各種リサイクル技術について解説する．さらに詳細な情

.

は じ

め

に

報が必要な場合は，著者らの技術解説(18)(21) を参照された
い．

貴金属とは，化合物をつくりにくく希少性のある金属とい.

う条件を満たす元素の総称であり，金(Au)，銀(Ag)，白金

貴金属の製錬・精錬( Pt)，パラジウム( Pd)，ロジウム(Rh)，イリジウム(Ir )，ルテニウム(Ru)，オスミウム(Os)の 8 元素を指す．

金や銀の製錬については，すでに一般に知られているの貴金属の中で生産量が最も大きいのは，銀であり，年間約で(23)，ここでは，白金族金属の製錬を中心として概説する．

30,000トンの一次地金が鉱石から生産されている．これに対白金族金属の製錬については，鉱石や製錬所によってプロ

し ， 鉱 石 か ら の 金 の 年 間 生 産 量 は ， 3,000 ト ン 程 度 で あセスが異なる(22)(33) ．図には，鉱石から製品までの白金る(1)．銀の価格が60円/g，金の価格が4,500円/g 前後である族金属の製錬フローの代表例を示す．詳細は文献等を参照にことを考えると，それぞれの一次地金の生産に関する経済規されたいが(25)(27) ，いずれのプロセスでも， ppm オーダー

模は， 1.8兆円，および 14兆円となる．金融商品としての流の品位の鉱石から，白金族金属を抽出，濃縮して，分離精製

通やリサイクルを考慮すると，貴金属関連の経済規模はさらしていることがわかる．図に示すように，白金製錬ではマッに格段に増大する．貴金属は，金属の中では生産規模は小さトとよばれる硫化物を白金族元素の抽出媒体として利用し，いが，経済的な規模はかなり大きく社会的に重要な元素群で分離・濃縮する製錬工程が一般的である．これは，白金族金ある．

属が，同じ貴金属である金や銀と性質が類似しているだけで金および銀を除く貴金属の元素群は，白金族金属( Plati-

なく，白金族金属は鉄( Fe )やニッケル( Ni)と同族であるたnum Group Metals: PGM)とよばれる．白金やパラジウム，

め，硫化物や合金の性質が鉄族とも類似していることをうま

ロジウムなどは，融点が高く，耐熱性，耐蝕性に優れ，特異な触媒特性を有することから，今では自動車用排ガス触媒，
窯業の坩堝，電子部品などの様々な分野で用いられている(2)(4) ．しかし，白金族金属の中で抜きん出て生産量が多い白金やパラジウムでさえ，年間生産量は世界全体で年200トン程度と寡少である(5)(10)．白金族金属は稀少な元素で生産量に制限があるだけでなく，一次供給源となる鉱山が南ア
フリカおよびロシアのごく限られた国の特定地域に偏っている(5)(10)．このため，資源セキュリティ・安定供給の面からも信頼性の高い資源バッファを築き，長期的に循環利用できる供給ルートを確立することは重要な課題である．
貴金属については，既に幾つかの解説や特集があるが(2)(3)(11)(14) ，これらの多くは物性や用途に関するものが多く，製錬やリサイクルに関するものは限られている(15)(22) ．特に，白金族金属などの貴金属のリサイクル技
術を考える上で不可欠である高温プロセス(乾式法)に関する文献は少なく，一般に広くは知られていない．このような背景から，ここでは，乾式法を中心に，白金族金属を含めた製図1

白金族金属(PGM)製錬の概略．

東京大学生産技術研究所 持続型エネルギー・材料統合研究センター センター長(〒1538505 東京都目黒区駒場 461)
Smelting, Refining, and Recycling of Precious Metals; Toru H. OKABE(Integrated Research Center for Sustainable Energy and Materials, Institute of Industrial Science, The University of Tokyo, Tokyo)
Keywords: precious metals, smelting, refining, recycling
2019年 6 月 3 日受理[doi:10.2320/materia.58.557]

ま て り あ 第58巻 第10号(2019)
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


表1

白金の採掘・製錬の各プロセスにおけるコス
ト，品位，収率，処理日数(概数)．
全コスト
に占める
割合()

PGM
グレード

PGM
収率
()

富化率
(倍)

処理
時間
(日)

採鉱
粉砕 &
浮遊選鉱
製錬 &
転化
ベースメ
タル精製
貴金属
精製

65～75

5～6 g/t

N/A

N/A

N/ A

9～12

100～600 g/t

80～90

30～80

2

6

600～6000 g/t

95～98

20

7

7

30～65

＞99

75

14

4～ 5

＞99.8

98～99

230～150

トータル

100

N/A

75～85

200,000～170

N/A評価不能
 採鉱のコストが最も高い，◯
 多量の廃棄
貴金属の生産の特徴◯ PGM の収率は 75～ 80と高い，◯
 製錬には非物が発生する，◯
常に時間がかかる．
次田泰裕著「白金族金属」p. 136より転載

く利用している(25)(27)．

図2

貴金属を含むスクラップの主なリサイクルプロセ
ス．

することができる．しかし，上述のプロセスの多くは立地にロシアなどでは，白金族金属はニッケル製錬の副産物とし制約があり，鉱山の近くで操業されている場合が多い．まて生産されているが，生産シェアの大半を占める南アフリカ

た，リサイクルの主たる対象となる工業製品の中の貴金属では，白金族金属は主産物として生産され，銅( Cu )やニッ

は，その存在形態，濃度が製品によって大きく異なり，共存

ケル，コバルト(Co)などが副産物として回収されている．

する元素も多様である．そのため，それぞれの廃棄物に見合

表に，一例として，白金族金属の採掘から製錬の主要工ったプロセスを経て世界各所でリサイクルされてい程における，コスト，品位，収率(歩留)，富化率(濃縮率)，

る(24)(32) ．ここでは，日本や欧米で利用可能なリサイクル

処理日数の概数をまとめて示す(18)(25) ．表の値は概数であ技術を中心に紹介する．

り，あくまで参考値であるが，白金族金属の製造において

図は，日本で行われている貴金属のリサイクルのプロセ

は，製錬コストよりも採掘コストのほうが圧倒的に大きい．

スフローの概略である．少量のスクラップから貴金属を回収

また，鉱石中の白金族金属の濃度は低く，一般に品位が数する場合は，個別に仮焼(あるいは合金化処理)して，主としppm レベルであるため，製錬にも莫大なエネルギーと数ヶて湿式処理により回収することが多い．また，品位が一定の月もの長い時間を要する．なお，ここでは，白金族金属が主まとまった量のスクラップが継続的に回収できる場合は，乾産物である場合の概略を述べたが，ニッケルや鉛製錬などの式法が利用されることが多い．乾式法を利用する場合，銅や副産物として分離・回収されることもある(19)(20)(22) ．この

ニッケル，鉛などの融体をコレクター(吸収金属)として利用

場合も，最終製品が生まれるまでに，長い処理時間とコスト

し，貴金属を金属相中に抽出して分離する．このように，乾を要する．

式法では，スクラップ中の貴金属の回収は，まず高温反応に

図 1 や表 1 に示す富化率からもわかるように，白金の生より液体合金などを用いて濃縮処理して貴金属の品位を高産量がたとえ 1 トンでも，その背後では何百万トンもの資め，続いて湿式法による分離・抽出を行う方法が主流となっ材が動き，製錬には莫大なエネルギーが使われる．採掘されている．

た鉱石や脈石のほとんどは廃棄されるため，地球環境に大き図は，主として金などの貴金属の製錬に一般的に利用さな負荷を与えている．こうした状況を考えると，使用済み製

れる山元還元とよばれる貴金属の回収プロセスのフロー図で品から白金族金属を高い効率で回収することの重要性は論をある．貴金属と銅が化学的に強い親和力を有することを利用

俟たない．

し，金属銅や銅の硫化物を貴金属のコレクターとして用いる
代表的な製錬法である．日本には，乾式銅製錬所が複数存在

.

貴金属の精錬・リサイクルするため図 3 に示す山元還元が利用でき，貴金属を含むス
クラップは金鉱石などとともに銅製錬プロセスに投入され，貴金属のリサイクル手法も様々な手法が存在するが，ここ処理されている．山元還元で得られる粗銅の中には貴金属がでは，典型的な手法について説明する．詳細については文献含まれるため，これを水溶液中で電解精製し，貴金属を含まを参照されたい(15)(16)(19)(20) ．スクラップ中の貴金属をリサない高純度の電気銅(製品)を製造すると同時に，アノード

イクルする場合，鉱石を出発原料とする製錬プロセスに貴金(陽極)から貴金属を多量に含む電解スライム(陽極澱物)を得

属を含むスクラップを投入すれば，高い歩留で抽出し，回収る．電解スライム中に濃縮する貴金属は，湿式法を中心とす

ミ ニ 特 集

る通常の貴金属製錬法により抽出分離され製品となる．山元

用し，貴金属を含む銀合金としてさらに濃縮分離する．鉛製

還元は，既存の非鉄金属製錬プロセスを利用するため，処理錬の特徴をうまく利用するこの手法は，古くから貴金属製錬

コストが低く，また一般に収率も高い．しかし，貴金属をスの基本として利用されてきた．

クラップから分離・回収するまでのリードタイムが長いことが欠点の一つである．

図に示すように，上述の銅製錬と鉛製錬の特徴をうまく活かして，これらの手法を組み合わせたプロセスが欧州で実図は，鉛製錬を利用する貴金属の回収プロセスの一例である．このプロセスでは鉛を貴金属のコレクターとして利用
し，貴金属を抽出・濃縮する．続いて，貴金属を含む鉛合金を酸化することによって得られる粗銀をコレクターとして利図3

乾式銅製錬(熔錬)工程を利用して貴金属を回収するプロセス(山元還元)．

図5

図4

乾式鉛製錬工程を利用して貴金属を回収するプロセスの一例．

乾式銅製錬と鉛製錬工程を組み合わせて貴金属を回収するプロセスの一例．

ま て り あ 第58巻 第10号(2019)
Materia Japan用化されている(28)(29)．図に示すように，貴金属を含むスク
ラップは，銅や鉛のスクラップ(二次原料)とともに乾式法により効率良く処理されリサイクルされている．このプロセス
では，貴金属は主として鉛を抽出剤(コレクター)として回収さ れ る ． 貴 金 属 を 含 む 粗 鉛 は ， Harris 法 ， Parkes 法 ，Kroll Betterton 法などの複数の乾式製錬法により，貴金属を含まない精鉛と貴金属を含む亜鉛残渣に分離され，灰吹き法により得られた貴鉛から貴金属を回収している(28)(29)．図5 に示すリサイクルプロセスは，多くの種類の非鉄金属元素をまとめて処理できる特徴がある．
コレクターとして，銅や鉛以外にも鉄やニッケル，亜鉛，
銀あるいはこれらの合金や化合物(主として硫化物)を利用する方法も多数検討されており，一部は実用化されている(22)(25)．一般に，乾式法による非鉄金属製錬は，規模が大きい場合は，経済性を追求すると一ないし二つのプロセスに収斂するが，貴金属製錬の場合は，規模が小さく，さらに，

図6

製品の価格に比してプロセスコストが低いため，現在も多様な手法が工業的に利用されている．

ローズ法を利用して自動車廃触媒から白金族金属を回収するプロセスの一例．
コレクターメタル(吸収媒体)として銅が利用されている．

日本でも，自動車用排ガス触媒から白金族金属を回収する
専用のプロセスが実用化されている．自動車用の排ガス浄化
触媒は，ハニカム構造のセラミックスやフォイル状の鉄合金れている．塩化カルボニル法は，廃触媒を CO と Cl2 の混合で構成された担体に，ウォッシュコートとよばれる酸化セリ

ガス，あるいは，ホスゲン( COCl2 )ガスとともに加熱処理

ウム( CeO2 )などを含むセラミック表面層を塗布し，この酸

し，白金族金属を選択的に塩化して Pt(CO2)Cl2 などとして

化物表面層にナノメートルオーダーの微細な白金族金属やそ分離回収する方法であるが，毒性を有する反応ガスの取り扱の化合物を分散して付着させたものが利用されている．触媒いが困難である．

によって大きく異なるが，自動車用の排ガス触媒中の白金族

前述の銅や鉛をコレクターとして利用する乾式法によるリ金属の含有量は 1 ～ 5 gPGM /個(代表値 Pt: 1.4 g /車， Pd:

サイクルプロセスは，処理速度が大きく，回収効率も高いた

2.4 g /車)程度であり，高融点でかつ化学的にも安定な金属

め工業的に利用されているが，大規模な設備を必要とし，設や化合物の粒子が表面に微量分散している．

備の立地にも制約がある．このため，比較的小規模の設備で図に示す方法は，自動車用排ガス触媒から白金族金属を行える湿式法によるリサイクルプロセスが過去には数多く研

株 日 本 PGM が 実 施 し て い る ロ ー ズ
回収するために，

究されてきた．具体的には，廃棄物を直接，酸またはアルカ(Rose)法とよばれる方法である(32)(33)．名前の由来はロジウ

リで溶解処理し，水溶液中の貴金属を溶媒抽出法などによりム(Rh)の語源のバラ(Rose)から命名されたという．触媒の分離する方法が過去に多数検討された．

セラミック基体として使用されているコーディエライト

湿式法の大きな問題は，貴金属の溶解効率と処理速度が低(Cordierite, 2MgO･2Al2O3･5SiO2)など，比較的融点の高い

く，対象物によっては回収率が低い点である．スクラップ中( 1300 °C ～)酸化物構造体表面のコート層中に分散しているの貴金属を委託処理により個別に分離回収する場合は，小ロ白金族金属を効率良く回収できるリサイクル法である．前述

ット処理に適している湿式法が採用されることが多いが，現の山元還元と同様，液体の銅合金をコレクターとして利用す

時点ではその利用は限定的である．化学的に極めて安定な貴る点では類似しているが，酸化銅(Cu2O)もコレクターとし金属を酸などに溶解するためには，強力な酸化剤を用いた長て利用し，スラグの融点を下げる工夫がなされている点，硫時間の処理が必要である．乾式法に較べ，設備コストが小さ

化物を積極的に利用せずコレクター合金を直接酸化して貴金いという利点はあるものの，処理困難な沈殿物や廃液が多量属を濃化する点などにおいて，既存の銅製錬を利用する方法に発生するため，大型プロセスとしては実用化が進んでいなとは異なる．先に説明した山元還元では，天然の鉱石に由来

い．

する多様な貴金属が得られるのに対し，廃触媒を処理対象とこうした現状を踏まえ，最近著者らは，図に示すようにするローズ法では，得られる貴金属が投入するスクラップ由

廃棄物中に含まれる貴金属に予め処理を施し，貴金属の回収

来の元素に限られるという特徴がある．

率を向上させる新しい方法の開発を行っている(35)(39) ．そ

乾式法の特殊な例として，気相揮発法(塩化揮発法)も過去の概略については，原著論文や解説を参照されたい．最近にいくつか検討された(34) ．気相反応を利用する方法は，は，金属蒸気による合金化処理に加え，塩化物などの蒸気を

Pt3Cl3 などの白金塩化物のガスを生成させて分離する方法

供給し，複雑な形状をした廃棄物中の白金族金属と効率良くや，蒸気圧の高いカルボニルを生成させる方法などが提案さ反応させることにより，酸に易溶性の化合物を生成させた



ミ ニ 特 集の特性に応じた多様な新しいリサイクル技術を開発する必要がある．日本には工業製品という形で多量の貴金属が蓄積されているため，資源の有効利用・安定供給の面からも，スクラップを効率良く循環利用するルートの確立は重要な課題の一つであろう．
本稿をまとめるにあたり，本所 リサーチフェロー 日野順
有 ファイブコンサルタント 理事)， Umicore 社の Dr.
三氏(JeroenHeulens に貴重なコメントや情報の提供をいただいた．記して感謝する．

文

図7

現在，著者らが取り組んでいる無電解めっきや気相処理法を利用して，複雑な形態を有するスクラップから貴金属を効率良く分離・回収する新しいプロセスの一例．

り，あるいは，気相を介して分離・精製する新しい手法の開発を行った．最近は，FeClx ガスなどを利用して気相を介して鉄をスクラップ中の貴金属に供給し，鉄合金化した貴金属を磁石により効率良く分離・濃縮する新技術の開発を行っている．
将来的には，環境対策として強力な酸化剤を含まない酸を用いて，スクラップ中の貴金属を選択的に効率良く溶解し，分離・回収できるような新規なプロセスの実現が望まれる．
著者らは，究極的には，塩水などの溶液で簡単に貴金属が溶解でき，有害な廃液を発生しない環境調和型のリサイクルプ
ロセスの開発を目指している．また，処理速度の速い気相処理により簡単に貴金属を分離できるような画期的なプロセスが開発されることが望ましい．

.

お わ

り

に

貴金属は資産としての価値を有するため，今後も人類は採掘と製錬，リサイクルを続けるであろう．また，一部の白金族金属は，耐熱性，耐蝕性に優れ，特異な触媒特性を有することから，電子部品，自動車用排ガス触媒をはじめとする様々な分野で用いられている．
資源や環境の保全には，代替材料の開発や使用量の低減にむけた技術開発だけでなく，リサイクル技術の研究も重要となる．現在，金や白金族金属は，高品位の鉱石でもその品位が ppm オーダーと低く，かつ貴金属を含む最終製品が高価であることから，使用済みの製品からの回収が精力的に行われている．
今後，貴金属の新たな用途や需要が増えれば，スクラップ

ま て り あ 第58巻 第10号(2019)
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(39) Y. Taninouchi and T. H. Okabe: Mater. Trans., 59(2018), 88
97.
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

岡部徹

1993年 京都大学大学院博士課程修了
1993 ～ 1995 年 マサチューセッツ工科大学( MIT )博士研究員
東北大学素材工学研究所助手を経て， 2001 年より東京大学生産技術研究所助教授． 09 年から教授． 15 年度より，同研究所 持続型エネルギー・材料統合研究センター センター長．19年度より東京大学 副学長．
◎ 30 年以上，一貫してレアメタルの研究に取り組んでいる．“プロセス技術がレアメタルをコモンメタ
ルに変える”ことを夢見て，チタンなどの新製錬技術の開発を行っている．最近は，白金族金属，
レアアース，レニウムなどのレアメタルの製造プ
ロセスや新規リサイクル技術，環境技術の研究も行っている．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

ミ ニ 特 集YBa2Cu3O7 ナノコンポジット薄膜における磁束ピンニング制御
堀

出

朋

哉

ed deposition (IBAD)(2)と Rolling assisted biaxially textured

.

超伝導線材開発におけるナノ構造制御

substrate (RABiTS)(3)がある．また YBCO の成膜は Pulsed

超伝導体は抵抗がゼロになる性質を利用して超伝導マグネ(MOD), Metal organic chemical vaper deposition (MOCVD)

ットや超伝導ケーブルを開発することができ，エネルギー，などで行われている．これらの手法を用いて単結晶並みの性

医療，物質科学など幅広い応用展開が期待されている．超伝能を実現し，Reel to reel プロセスを用いて数 100 m 以上の

laser deposition (PLD), Metal organic decomposition

導体は臨界温度( Tc )以下の温度に冷却することにより超伝長尺化を達成し，コーテッドコンダクターと呼ばれる導の性質が観察されるため，Tc は極めて重要な特性である．

YBCO テープ線材が製造されるようになった．

1911 年に超伝導現象が発見されて以来金属において超伝導

しかし線材 応用を考え ればさら なる Jc 向 上が必要と なが観察されてきたが，1986年銅酸化物超伝導体が発見され，る．特にマグネットなどの応用では高い磁場中 Jc が必要で2008年には鉄系超伝導体が発見された．応用においては Tc

ある．図に示したように超伝導体に磁場を印加すると量子が高いことが望ましく銅酸化物高温超伝導体の応用が期待さ化磁束として磁束が侵入する．電流を印加するとローレンツ

れている．さらに臨界電流密度( Jc)が超伝導線材の性能を決力により量子化磁束が運動をはじめ，電圧が発生する．超伝定している．Jc は超伝導体に流せる超伝導電流の最大値で，導体内に非超伝導領域があれば量子化磁束が安定に存在する

Jc を超える電流密度の電流を流すと電圧が発生する．超伝導ことができ，磁束の運動を抑制することができる．これが磁線材としての応用を考える場合には大きな超伝導電流を流せ

束ピンニングであり，非超伝導領域をピンニングセンターとることが求められるため，Jc の向上が求められる．酸化物高呼ぶ．磁束に関する系のエネルギーは

温超伝導体の中では Bi2Sr2Ca2Cu3Ox ( Bi2223 )超伝導線材開発が先行して行われてきた．YBCO の Tc は 92 K と Bi2223

E＝∑U(Ri(z))＋
i

f( )

1
el
∑Vint(Ri(z)－Rj(z))＋∑2
2 i, jidR i 2dz
dz

ほ ど で は な い が ， Jc 特 性 が 極 め て 優 れ て い る こ と か ら(1)

Bi2223 より高性能の超伝導線材として YBCO 線材の開発がで与えられる(4)．第一項はピンニングセンターによるピンポ

進められている．

テンシャル，第二項はナノロッド間の磁束間相互作用，第三超伝導体の Jc は微細組織が大きな影響を及ぼし， YBCO

項は磁束の線張力を示す．第二項，第三項は材料固有のパラでは粒界が大きな影響を及ぼす(1) ． YBCO では単結晶の J

c

メータや外部磁場によって決まる一方，第一項はピンニングが高いが， 10°程度の傾角の小傾角粒界が存在しただけでもセンターによって決まる．サイズが YBCO のコヒーレンス

が 1/10に低減してしまう(1)．したがって YBCO で高い J

c長程度の 3 nm，間隔が磁束間隔程度 a＝(q0/B)1/2 のとき，を達成するために粒界を除去しなければならない．このよう効率的な磁束ピンニングが可能になる．ここで a, B, q0 は磁な粒界問題を解決するために，金属テープの上に二軸配向し束間隔，磁場，磁束量子( 2.07 × 10－15 Wb )である．式( 1 )たバッファー層を作製し，その上に YBCO を成膜する手法

でエネルギーが記述される磁束システムは複雑な磁束相図をが提案された．二軸配向の方法として主に Ion beam assist-示し， c 軸相関ピン( YBCO の c 軸に平行に伸びたピンニン

Jc九州工業大学大学院工学研究院物質工学研究系准教授(〒804
8550 北九州市戸畑区仙水町 11)
Control of Vortex Pinning in YBa2Cu3O7 Nanocomposite Film; Tomoya Horide(Department of Materials Science and Engineering, Kyushu
Institute of Technology, Kitakyushu)
Keywords: YBCO, nanocomposite, film, critical current density, vortex pinning2019年 7 月17日受理[doi:10.2320/materia.58.563]

ま て り あ 第58巻 第10号(2019)
Materia Japan




図1

c 軸に平行なピンニングセンター(ナノロッドなど)を導入した超伝導体の磁気相図．Bg, Birr, BF,
Bc1, Bc2 は グラス液体転移磁場，不可逆磁場，マッチング磁場，下部臨界磁場，上部臨界磁場である．

図2
グセンター)が存在するときの磁束相図は図 1 のようになる．高温では Jc＝0 の磁束液体状態となるのに対し，低温で( a ) YBCO ＋ BSO ( 2.7 )の断面 TEM 像(10) ．( b )YBCO ＋ BHO ( 3.1 )の断面 TEM 像．挿図は平面
TEM 像(11)．Reprinted from (10) and (11), with thepermission of AIP Publishing.

はピンニングセンターが磁束をピンニングし Jc＞0 のグラス状態を示す．これらのピンニングセンターを作製するにはナノスケールの構造制御技術が求められる．転位(5) や双晶がYBCO ＋ BaSnO3 ( BSO ) ( 2.7 vol  ) 薄 膜 の TEM 写 真 を 示

YBCO 薄膜におけるピンニングセンターであるが，人工的す(10)．直径 10 nm 程度，間隔は 30 nm 程度のナノロッドがにピンニングセンターを導入する試みが 2000 年台前半に行

膜厚方向にまっすぐに成長していることがわかる．また図 2

われ，ナノ粒子(6)(7)，ナノロッド(8)(9)などのピンニング効果( b )には YBCO ＋ BaHfO3 ( BHO )( 3.1 vol )の断面 TEM おが実証された．特に量子化磁束を全長さにわたってピンニン

よび平面 TEM 写真を示す(11)．ナノロッドは直径 7 nm であグできるナノロッドは効果的なピンニングセンターであり，り，平面 TEM 像から求めた密度は 1.3×1015 m－2 であった．

Jc 特性が大きく向上した．薄膜作製プロセスの最適化が進め

YBCO＋BZO でも同様のナノロッドが成長することを TEMられ，現在では市販の線材にも導入されている．著者も磁束により確認している．

ピンニング特性および結晶成長やナノ構造の観点から

ナノロッドを導入した YBCO 薄膜とナノロッドを導入しYBCO 中のナノロッドを興味深い研究対象と考え，研究をていない YBCO 薄膜( pure YBCO )における 77 K の Jc 磁場

進めてきた．本記事では著者らがこれまでに進めてきたもの

依存性を図(a)に示す(10)．ナノロッドの導入により 1 T 以

を中心にナノロッドによるピンニング制御の研究を紹介し，上の高磁場で Jc が向上し，例えば 5 T では Jc が 10 倍以上に当該分野において発展してきた高度なナノ構造制御技術の現なっている．ナノロッドを導入しない YBCO では式( 1 )の状と今後の可能性について議論する．

第二項が高磁場 Jc に支配的であったが，ナノロッド導入により第一項が支配的となり磁場中 Jc が大きく向上した．図 3

.

ナノロッド導入による YBCO 薄膜の Jc 向上( b )に Fp (＝ Jc B 巨視的ピン力)B 曲線を示す． Fp B 曲線
は 2 6 T でピークを示しており，その最大値( Fp,max )は図 3

PLD 法を用いて YBCO＋BaZrO3(BZO)混合ターゲットを(b)では 816 GN/m3 であった．

アブレーションするとナノロッドが自己組織化することがナノロッド材料，添加量，成膜温度を変化させて構造制御

Driscoll らにより報告されて以来(8)，多くのグループがナノを行った結果，YBCO＋BMO 薄膜における Jc は大きく向上

ロッドを用いた Jc 向上の研究を行ってきた．著者らも同手してきた．著者らのグループは YBCO ＋ BSO において 77

法を用いて YBCO に BaMO3 ( BMO; M ＝ Zr, Sn, Hf )を導入

K, 3 T で Fp,max＝28.3 GN/m3 を報告した(12)．またナノロッ

す る こ と に よ り ナ ノ ロ ッ ド を 作 製 し て き た ． 図( a ) にドの構造を最適化することにより Fp,max ＝ 30 GN /m3 を超え



最近の研究

図3

YBCO＋BSO(2.7), YBCO＋BZO(4.1), YBCO＋
BHO ( 4.7 )の 77 K における ( a ) Jc と ( b ) Fp の磁場依存性(10)．Reprinted from (10), with the permission of AIP Publishing.

図4

る値を報告しているグループもある(13)．このようにナノロ(a) 77 K, 1 T, (b) 77 K, 7 T, (c) 65 K, 1 T, (d)65 K, 9 T における Jc の BMO 添加量依存性(10)，( e ) BMO 添加量を変化させて作製した YBCO＋
BMO 薄 膜 の 不 可 逆 温 度 ( Tirr ) － 磁 場 ( B ) 曲線(10)．(f) BF の BMO 添加量依存性(10)．Reprint-

ッド導入は YBCO 薄膜の Jc 向上に極めて効果的な手法であed from (10), with the permission of AIP Publishing.

り，Jc 向上に向けたさらなる構造設計が求められている．著
者は YBCO ＋ BMO 薄膜の Jc 特性と構造を詳細に解析してきた．著者はナノロッド密度， Tc が Jc 特性に大きな影響を線のピークが観察されている(14) ．このように BF は磁場中及ぼすことを明らかにしており，次節以降はこれらのファク

Jc を議論するうえで重要なパラメータである．

ターが Jc 特性に及ぼす影響について述べる．

添加量と材料によりナノロッド密度を制御した薄膜の Jc
特性について議論するために，図に YBCO ＋ BMO ( M ＝.

ナノロッド密度の影響マッチング磁場効果

Zr, Sn, Hf)における Jc の BMO 添加量依存性を示す(10) ．な

お著者らは 7 11 nm のサイズの範囲ではナノロッドのサイ
まずは磁束ピンニング特性におけるナノロッド密度つまりズが Jc に影響を及ぼさないことを実験的に示しており(11)，

マッチング磁場の重要性を議論する．1 つのナノロッドに 1

ここではナノロッドサイズの効果はないものと考えている．

つの量子化磁束がトラップされている(すべてのナノロッド

YBCO ＋ BZO, YBCO ＋ BSO, YBCO ＋ BHO 薄膜では磁場にが量子化磁束によって埋め尽くされる)磁場をマッチング磁よって最適な BMO 添加量が異なることがわかる．添加量が場と呼び， BF ＝ nq0 ～ q0/ d 2 で与えられる． n, d はナノロッ

少ない場合にはナノロッドが切れてしまい，膜厚方向にわた

ドの密度，間隔である．図 2 ( a )の場合には 1.5 T 程度となってピンニングセンターを導入するには至らない．一方，添る．ナノロッド密度を磁場の大きさに換算したマッチング磁

加量が大きい場合の Jc 変化を理解するには添加量によるナ場をもとに磁束ピンニングを議論することができる．図 1

ノロッド密度の変化を議論する必要がある． Fp のピーク磁に示したように，磁場が BF よりも小さいときはナノロッド

場と同様，不可逆磁場曲線は BF で振る舞いが変化することのピンニングが支配的となるが， BF より大きくなると磁束が知られており，不逆磁場曲線における折れ曲り位置からの一部がナノロッドにトラップされなくなる．BF～1.5 T の

BF を求めることができる．図 4 ( e )は図 4 ( a )( d )で議論しYBCO ＋ BSO ( 2.7 )(図 2 ( a ))では， Fp B 曲線のピーク位置

た試料の不可逆磁場曲線を示しているが(10) ， 1.5 6 T で折(磁場)は 2 T であり(図 3(b))，BF と同程度であることがわ

れ曲がりを示していることがわかる．図 4 ( f )に YBCO ＋

かる．測定温度を 77 K40 K に変化させても BF で FpB 曲

BMO におけるナノロッド密度を示す(10) ．添加量が小さい

ま て り あ 第58巻 第10号(2019)
Materia Japan場合には添加量に比例して BF が増加していくが，添加量が大きくなると BF は減少し始める．添加量を大きくしすぎるとナノロッドが面内方向に成長し，ナノロッド構造が壊れてしまうことが報告されており(15) ，図 4 ( f )で観察された BFの減少はナノロッド構造が壊れ始める兆候を示している可能性がある．図 4 ( f )と図 4 ( b ) , ( d )の結果を比較すると， BFが大きな試料では 7 T や 9 T の高磁場で Jc が高くなった．
またナノロッド材料の違いに目を向けると， BSO では比較的マッチング磁場つまりナノロッド密度が小さく， BZO とBHO では高いナノロッド密度となっている． BZO や BHO

では高密度ナノロッドを作製することができたため，図 3
では YBCO ＋ BZO と YBCO ＋ BHO において高磁場( 7 T, 9
T)の Jc が高くなった．

成膜温度によって BF を変化させた試料の結果も述べておく． YBCO＋BHO(4.7)薄膜の成膜温度を 890°
Cと850°Cとして Jc 特性を比較した(17)．成膜温度を50°C低くすることによりナノロッドの直線性を保ったままナノロッド密度を 1.5倍にすることができることがわかった．その結果， 516 T の高磁場中で高い Jc を実現し，40 K で極めて高い Fp,max＝413
GN / m3 を得ることに成功した(17) ．成膜温度を下げると Tcが減少すること，ナノロッドが傾斜して成長すること，配向性が劣化することも報告されている．これらのトレードオフを考慮して成膜温度を決める必要があるが，磁場中 Jc を向上させるためには成膜温度を低くしてナノロッドを高密度化することは極めて有効な手法であることを著者らの結果は示している．
このようにナノロッド密度，つまり BF はナノロッドの磁

図5( a ) pure YBCO と YBCO ＋ BZO ( 8.2 )の抵抗温度曲線(18)．Reprinted with permission from (18).
Copyright (2017) American Chemical Society. (b) Jc(77 K, 0 T)の Tc 依存性(19)．

束ピンニング制御に重要なパラメータであることが示された．
BF を増加させることは高磁場 Jc を向上させるうえで重要であり，ナノロッド材料選択，添加量，成膜温度により BF を構造設計により Tc を制御するには， YBCO ＋ BMO 薄膜の制御する必要がある．低温高磁場特性向上に向けて，大きなTc 機構を明らかにする必要がある．ここでは YBCO＋BMO

BF を実現できる BZO(16)や BHO(14)がナノロッド材料として薄膜におけるナノロッド，マトリックス，界面の原子スケー

用いられている．成膜温度や添加量も最適化が進められてきル構造を議論する．図( a )に示した結晶構造からわかるよ

たが，すでに述べたとおり成膜温度低温化には限界があり，

うに， YBCO は Y 面， CuO2 面， BaO 面， CuO 鎖から構成

BMO 添加量を大きくしても BF が増加し続けるわけではな

されているのに対し， BaZrO3 は BaO 面と ZrO2 面から構成

い．現時点では BF ＝ 10 T を超えるものは報告されておらされている． YBCO と BMO が BaO 面を共有していることず，さらなる高密度化プロセスの開発が求められる．

が結晶構造の特徴である．他の材料を YBCO に導入した時の構造に目を向けてみると， Y2O3 を導入した場合には基本.

ナノコンポジット膜の原子スケール構造―Tc と fp

的にはナノ粒子が形成され，添加量を大きくするとナノロッドが形成されることもある(19)．Au を導入することによりナ

3 節ではナノロッド密度の効果を議論してきたが，ナノロ

ノロッドが形成できるが，部分的にナノ粒子が共存してしまッドの導入はひずみや組成変化によりマトリックスの超伝導う(20) ． こ の よ う に BaO 面 を 共 有 す る こ と に よ り YBCO /状態を変化させることが予測される．図に YBCO ＋ BZOBZO 垂直界面が安定に形成され，ナノロッドが成長したとの抵抗温度曲線を示したが(18) ，ナノロッド導入により Tc

考えられる．

が減少している． Tc が Jc に及ぼす効果を議論するために，

YBCO は a ＝ 3.82 Å ( 0.382 nm ) , b ＝ 3.89 Å ( 0.389 nm ) ,図 5(b)に YBCO＋BMO 膜における Jc(77 K, 0 T)の Tc 依存

c ＝ 11.68 Å ( 1.168 nm )であるのに対し， BaMO3 は a ＝ 4.1 性を示す(17)．BMO の種類や添加量により BF が変化するが，4.2 Å ( 0.41 0.42 nm )であり， c 軸方向では格子ミスフィッ

0 T では磁束密度が小さいためナノロッド密度が十分に大きトは 57.5である．界面での格子ミスフィットによりミス

く， BF の効果はないものと考えられる．図 5( b )では Tc のフィット転位や弾性ひずみが生じることも予測される．図

減少とともに Jc ( 77 K, 0 T )も減少している．ナノロッドのに YBCO＋ BZO 薄膜の走査透過電子顕微鏡法の高角環状暗



最近の研究

図6

(a) YBCO＋BZO(8.2)の HAADFSTEM 像，GPA 結果(eyy)(18)，および YBCO と BZO の結晶構造．破線は界面領域を示している．(b) YBCO＋BZO(4.18.2 vol)の 2uv スキャン結果(18)．(c) YBCO＋BZO の格子
定数の BZO 添加量依存性(18)．点は実験結果，線は FEM 計算結果を示している．Reprinted and Adapted withpermission from (18). Copyright (2017) American Chemical Society.

視 野 法 ( HAADF STEM ) 像 お よ び そ の Geometric phase＝0.071なので，全ミスフィットは felastic＋fdislocation＝0.098とanalysis(GPA)結果を示す(18)．YBCO と BZO でほとんどのなる． FEM のフィッティングから求めた BZO の無ひずみ原子面が連続的につながっている．GPA 解析は YBCO の格での格子定数は 4.25 Å ( 0.425 nm )であり， cYBCO ＝ 11.68 Å

子定数を基準に行っており，色の変化は YBCO の格子定数(1.168 nm)とのミスフィットは0.088となる．なお YBCO＋に対するひずみの大きさを示している．またミスフィット転

BZO に お け る BZO へ の Y の 固 溶 を 考 慮 す る と ， 4.25 Å

位が界面に形成されており， GPA の結果ミスフィット転位( 0.425 nm )の格子定数は妥当なものである(21)．このように間隔(s)は 5.7 nm であった(18)．バーガースベクトル，|b|＝ミスフィットは弾性成分とミスフィット転位成分からなるこ(aBZO＋cYBCO/3)/2＝0.407 nm とすると，転位により緩和しとを明らかにした．

たミスフィット成分は fdislocation＝b/s＝0.071となる．図 6(b)これらの界面構造および弾性ひずみが超伝導特性を決定しには同試料の XRD 結果も示した(18) ． BZO 添加量を増加さていると考えられる．まずは弾性ひずみが超伝導特性に及ぼせるとピーク位置がシフトしていることがわかる．これはナ

す影響を議論する． YBCO ＋ BZO, YBCO ＋ BSO, YBCO ＋

ノコンポジット内で YBCO と BZO が弾性ひずみを受けてい

BHO 薄膜の格子定数， c と Tc の関係を図( a )に示す(18) ．

ることを示している(18) ．さらに逆格子マッピングを行い面弾性ひずみが超伝導特性に及ぼす影響として，内の格子定数も評価した．YBCO と BZO の格子定数の BZO

1.

格子定数の変化が直接電子状態に及ぼす影響(圧力効果)

添加量依存性を図 6 ( c )に示す． BZO 添加量増加とともに

2.

格子定数による酸素原子の安定性の変化に伴う酸素量変

aBZO⊥ ( BZO 薄膜の面直方向の格子定数)と cYBCO (面直方向)は増加し， aBZO// ( BZO 薄膜の面内方向の格子定数)と aYBCO

化(ひずみ誘起酸素空孔形成)が考えられる．格子定数の変化が直接電子状態に及ぼす影響(面内方向)は減少していく傾向にあった．これは有限要素法(圧力効果)に対する Tc c は，圧力実験で求められた dTc /弾性計算(FEM)を行った結果とよく一致しており，薄膜のdezz ＝－ 8 K から求めることができる(22) ．また YBCO は酸

BZO 添加量をターゲットの BZO 添加量から補正して求める

素不定比性があり，d～0 の時 Tc が最も高くなり，d(酸素空と， FEM 結果と定量的に一致する(18)． FEM でフィッティ

孔量)の増加とともにホール濃度が減少し Tc も減少する．

ングした結果，felastic＝0.027のミスフィットが弾性ひずみに

ナノコンポジット構造において酸素空孔量が変化すれば，より蓄積されていたことがわかった．felastic＝0.027, fdislocation

Tc も変化することが予測される．格子定数による酸素の安

ま て り あ 第58巻 第10号(2019)
Materia Japanル， r を界面で構造が乱れている領域の厚さとすると， fp ～Up/r で与えられる．なお構造の乱れ(r)は原子位置の変異に起因するものの他に原子の結合の変化や電子状態の変化など
超伝導秩序変数に影響を及ぼすものすべてを含んでいる．図6 ( a )の GPA 結果は，界面近傍の 1 nm の領域では原子位置が変化している(18) ．また第一原理計算の結果では界面から
1 nm の範囲で YBCO の電子状態が大きく変化した(18) ．このように r ～ 1 2 nm であると見積もられ，コヒーレンス長と同程度の範囲で超伝導秩序変数が変化していることにな
る．特にコヒーレンス長が短い低温では界面での構造乱れが
fp に影響を及ぼす．さらに界面近傍のひずみ場が酸素空孔の濃度を局所的に変化させ(24) ， fp を決定している可能性も議論されている．現時点ではナノロッドの界面構造については
まだまだ不明な点が多いが，今後さらなる Jc 向上に向けて界面に着目した磁束ピンニング制御が必要になってくると考
えられる．

.

まとめと今後の展開

YBCO 薄膜においてナノコンポジット構造(ナノロッド)を作製することにより磁束ピンニングを制御し Jc 特性を向上させた．PLD において YBCO と BMO を同時に供給する
図7と YBCO マトリックス中にサイズ 510 nm，間隔 2030 nm(a ) 酸素空孔形成エネルギー( EOV )と酸素量の格
子定数依存性(18) ．バルクでは c ＝ 11.68 Å ( 1.168mm)のとき d＝0.08であり，これを基準として d～ exp (－ EOV / kT )より d を求めた．( b ) Tc の格子定数， c 依存 性(18) ．圧 力効果 は dTc / dc(22) より，ひずみ誘起酸素空孔は ( a ) より求めた．酸
素量を減少させて作製したバルク YBCO の格子
定 数 と Tc の 関 係 も 示 し た(23) ． Reprinted andた．磁場中 Jc 特性はナノロッド密度に大きく依存し，BMO

Adapted with permission from (18). Copyright (2017)
American Chemical Society.

とも示された．

程度のナノロッドが膜厚方向にまっすぐに伸びて成長する．
これにより高磁場中の Jc は YBCO 単相膜の 2 10 倍になっ
材料，BMO 添加量，成膜温度によって制御することができる．さらにナノロッドのひずみが酸素空孔濃度を増大させマ
トリックスの Tc が減少し，その結果として Jc が減少するこ
10 年以上にわたる多くの研究者の研究開発の結果，ナノロッドをはじめとしたナノコンポジット構造を精密に制御する技術が確立されてきた．金属テープ上に作製した YBCO
定性の変化に伴う酸素量変化に対しては，酸素空孔形成エネ

長尺テープにナノロッドを導入する技術も開発されており，ルギーの格子定数依存性を第一原理計算で計算し(図 7数100 m にわたって薄膜をナノコンポジット化する技術も確(b))，バルクにおける Tcd の関係と組み合わせることによ

立しつつある．このように超伝導線材という応用展開を明確

り Tcc を求めることができる(18)．これらと実験結果を比較に意識しながら，ナノコンポジット構造および磁束ピンニン

すると，図 7(a)に示したように実験で得られた Tcc は，バグ制御技術開発が基礎的観点と応用的観点の両面から精力的

ルク YBCO の Tc c や圧力効果の Tc c とは挙動が異なり，に進められてきた．今後のナノロッド密度，界面等に着目しひずみ誘起酸素空孔形成により説明することができる．このた YBCO ナノコンポジット構造制御発展により，超伝導線

よ う に YBCO ＋ BMO ナ ノ コ ン ポ ジ ッ ト 膜 で は ， YBCO /材高性能化および超伝導応用のさらなる発展が可能になる．

BMO 界面の格子ミスフィットに起因する弾性ひずみによりまた誘電体やイオン伝導体などにおいてもナノコンポジット

酸素空孔形成エネルギーが減少した(ひずみ誘起酸素空孔形

構造を用いて特性制御できることが議論されており，YBCO成)ために Tc が減少したことが明らかになった．

のナノコンポジット構造制御技術が他分野へも広く展開され最後に，さらなる Jc 向上に向けて図 6(a)において観察さていくことが強く期待される．

れた界面が Jc に及ぼす影響と界面構造制御の可能性について議論する．界面構造は要素ピン力( fp )に影響を及ぼすた

本研究は九州工業大学松本要教授，九州工業大学石丸学教

め，ナノロッドの界面にも注目している．fp はピンニングセ

授，フロリダ州立大学亀谷文健博士，静岡大学喜多隆介教

ンター 1 つ当たりのピンニング力を表しており，低磁場( B

授，九州工業大学北村貴典准教授，九州大学吉岡聰助教との≪ BF )では理想的には Jc ∝ fp となる． Up をピンポテンシャ

共同研究によって行われたものである．



最近の研究

文

献

( 1 ) D. Dimos, P. Chaudhari and J. Mannhart: Phys. Rev. B, 41(1990), 4038
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ま て り あ 第58巻 第10号(2019)
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(20) T. Horide, K. Matsumoto, A. Ichinose, M. Mukaida, Y.
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303306.
(21) E. Fabbri, D. Pergolesi, S. Licoccia and E. Traversa: Solid
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(23) J. D. Jorgensen, B. W. Veal, A. P. Paulikas, L. J. Nowicki, G.
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Meng, S. J. Pennycook and A. Goyal: ACS Nano, 5(2011),
47834789.
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
堀出朋哉
2008年 京都大学大学院工学研究科博士後期課程修了
2008
2012年 日立製作所中央研究所
2012
2017年 九州工業大学大学院工学研究院物質工学研究系，助教
2017年 同准教授
専門分野超伝導材料，薄膜材料◎酸化物やカルコゲナイド薄膜における特性制御の研究に従事．ナノコンポ
ジット構造の作製と構造デザインの研究を進めている．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★



焼結の基礎―理論的背景から実際まで―
.

さまざまな焼結手法
吉

田

英

弘

微細組織の高度な制御が必須であり，それを実現するために

・ は

じ

め

に

は高度な製造プロセスが不可欠である．焼結によって得られる材料製品も例外ではなく，原料粉末の性状だけでなく粉末

焼結とは，金属やセラミック原料粉末の成形体を，主に熱成形体の密度・微細構造の制御が図られ，さらに粉末成形体

エネルギーによって緻密化せしめ，相対密度および微細組織を効率的に緻密化するためのさまざまな焼結技術が開発されが制御された多結晶体製品を製造するプロセスである．熱エてきた．主な焼結手法を図.に分類して示す．教科書的にネルギーが粉末成形体に印加されると，一般的に粉末粒子間は，焼結手法は常圧(無加圧)焼結と加圧焼結の二つに大別さの空隙は減少(緻密化)し粒径は増加(粒成長)する．焼結の熱れる．これらに加えて近年，電磁場の働きを利用した焼結手

力学的な駆動力は，この緻密化および粒成長に伴う全界面エ法(電磁場支援焼結とした)の研究開発が進んでおり，後述のネルギーの減少であることについては広く受け入れられてい如く一部工業的にも実用化が始まっている．このため本稿でる．焼結をプロセスとして利用するためには，粉末粒子間のは，主な焼結手法の一つとして電磁場支援焼結を分類に加え空隙が収縮していわゆる開気孔から閉気孔へと変遷していく

た．以下，各焼結法の原理と特徴について述べていく．

過程を適切にモデル化し，緻密化挙動を記述する速度式に基づいて現象を理解することが肝要である．
本講義ノートでは，主にセラミックスを対象とした焼結について，理論的な背景から実際の焼結事例まで，最近のトピックスも交えながら概説する．今回は現在知られているさま
ざまな焼結手法とその原理について概観し，これらの焼結緻
密化の速度論がどのように定式化されるのか，固相焼結緻密化 モデルの理論 的取り扱いに ついて次回(第 2 回)に述べる．また様々な緻密化メカニズムが提唱される中で，実際の焼結過程に対する定量評価と焼結モデルの適用例(焼結メカ
ニズムマップなど)を第 3 回に，焼結における組織形成過程と材料特性の発現の実例や，最近新たな焼結手法として国際的に注目されている電磁場の働きを利用した焼結技術について第 4 回(最終回)に紹介したい．

・ 各 種 焼 結 手 法
多結晶材料において所定の材料特性を発揮するためには，

図1.1

主な焼結手法の分類．

東京大学大学院工学系研究科マテリアル工学専攻教授(〒1138656 東京都文京区本郷 73
1)
Fundamentals of Sintering: ―Theory and Practice ―I. Various Sintering Methods; Hidehiro Yoshida (School of Engineering,
Department of Materials Science, The University of Tokyo, Tokyo)
Keywords: sintering, powder, ceramics, high temperature, diffusion, densification, polycrystal, grain boundary
2018年 5 月31日受理[doi:10.2320/materia.58.570]



講義ノート

BaTiO3 を原料粉末として，単一の焼結温度で焼結した場合

・・ 常圧焼結
と二段階焼結した場合とで，焼結体の相対密度と結晶粒径との関係を示している(2)．通常焼結では，試料の相対密度の上

固相焼結・液相焼結

雰囲気を大気もしくは不活性ガスとして，大気圧下で焼結する手法が常圧焼結または無加圧焼結(pressureless

昇(緻密化の進行)と共に結晶粒径も粗大化する．これに対し

sinter-て二段階焼結では，第二段階の温度(T2低温)での保持(20ing)である．酸素分圧制御下で焼結することもしばしば行わ時間)の間に相対密度が96以上にまで緻密化が進む一方，れている．常圧焼結も大まかには，添加物により高温で液相第一段階の温度( T1 高温)到達時点での粒径はほぼそのまを生成させて緻密化を促す液相焼結と，液相生成を介さずにま維持される．すなわち二段階焼結で得られた焼結体の方固相間での物質移動により緻密化を図る固相焼結とに分けらが，より微細な結晶粒で高い相対密度が得られていることがれる．多くの焼結では，脱脂工程(原料粉末の成形において分かる．

加えられた有機物の除去)も含め，室温から炉内温度を単調




反応焼結

増加させて焼結温度まで昇温する．プロセスとしては最も単常圧焼結の中でも，複数種の原料を用い，高温での化学反純だが，焼結体の微細組織や機能は一般的に昇温・降温プロ

応により材料の反応生成と焼結緻密化を同一プロセス内で行

セスや雰囲気に大きく依存しており，高度な制御が要求されうのが反応焼結( reactive

る．

(Y3Al5O12)の焼結では，原料粉末として Y2O3 と Al2O3 を用

sintering )である．例えば YAG

常圧焼結による組織微細化の手法として，二段階焼結法

い，焼結過程で YAG を反応生成させながら緻密化させるこ(two step sintering)が知られている．この方法では，一旦通とで透明多結晶体を得ることが可能である(3) ．また Si 微粉

常の焼結温度まで試料を昇温させたのち直ちに降温し，より末成形体を窒素雰囲気中で加熱・化学反応させて窒化ケイ素

低い焼結温度で長時間保持する(1)．この温度制御により，通( Si3N4)焼結体を製造する手法としても知られており(4)，こ常焼結で得られるよりもより微細な結晶粒からなる微細組織の手法で作製された Si3N4 セラミックスは RBSN ( reaction を得ることが可能である．図.は粒子径 30 nm の高純度

bonded silicon nitride)とも呼ばれる．

・・ 加圧焼結



ガス圧焼結

Si3N4 セラミックスなどにおいて，雰囲気ガスを加圧し焼結を促進する目的で用いられる手法である．例えば， Si3N4
粉末は 1 気圧，約 1800 °C で分解し始めるが，この分解を防ぐため，成形体を 50 ～ 120 気圧( 5 ～ 12 MPa )の N2 雰囲気下で 1800 ～ 2000 °C の温度で焼結する．緻密な Si3N4 を常圧焼結法で製造する場合，通常なら数～10 massの焼結助剤を必要とする一方，ガス圧焼結法では焼結助剤を低減できるた
め，優れた特性の窒化ケイ素焼結体が得られる(5)．


ホットプレス焼結

高温で成形体に一軸圧力をかけながら焼結することで焼結性を向上させる手法をホットプレス( hotpressing またはhotpress sintering)と呼ぶ．装置構成の模式図を図.に示す．グラファイト製ダイスに原料粉末を充填し，パンチで10～40 MPa の一軸圧縮応力を加えながら焼結温度まで昇温する．殆どの場合，発熱体にグラファイトやタングステンを用い，真空または不活性ガス等の雰囲気下での超高温焼結が行われるため，特に非酸化物の焼結緻密化に有効なプロセスである．例えば炭化ケイ素(SiC)であれば2000～2200°
C，窒化ケイ素(Si3N4)であれば1700～ 1800°
Cといった条件で焼結が行われる．


熱間静水圧焼結(HIP)

熱間等方圧加圧焼結(hot isostatic pressing, HIP)は，アル
図 1.2

初期粒径 30 nm の BaTiO3 における通常焼結と二段階焼結での相対密度と粒径の関係(データ一部省略)(wan06)．二段階焼結では，第一段階温度(T1)に到達後，ただちに第二段階温度(T2)に降温し，20 h 保持している．

ま て り あ 第58巻 第10号(2019)
Materia Japanゴンなどのガスを圧力媒体として100～200 MPa 程度の圧力を等方的に加えながら昇温(～ 2000 °C まで)する焼結方法である．装置構成の模式図を図.に示す．上述のガス圧焼結
よりもさらに圧力を高くしたものとも解釈できる．ホットプ図 1.3

ホットプレス装置の構成．真空チャンバー内でダイスに充填された原料粉末を一軸加圧しながら昇温する．(オンラインカラー)

図 1.4

HIP 装置の構成．アルゴンなどのガスを圧力媒体として 100 ～ 200 MPa 程度の圧力を等方的に加えながら昇温し，焼結を行う． (オンラインカ
ラー)

レスに比べて形状の自由度が高く，また大型製品の製造も比較的制約が少ないという利点がある．原料粉末を容器に密封し，脱気後に HIP 焼結する方法もあるが，多くの場合は他の手法で得られた予備焼結体(開気孔の無い状態にまで焼結した物)をさらに緻密化する目的で用いられる．例えば，

術的ポイントである．
・・ 電磁場支援焼結

Al2O3 などの酸化物セラミックスを一旦常圧焼結で相対密度96程度まで焼結させた後，さらに HIP を施すことによりパルス通電加圧焼結(spark plasma sintering, SPS または

パルス通電加圧焼結

残留した閉気孔を消滅させ，透明多結晶体(焼結により光のpulse electric current sintering, PECS)は，グラファイト製

散乱源となる残留空隙をほぼ 100 除去した多結晶体)を得のダイスおよび上下パンチ内に原料粉末を充填し，真空チャ

ることできる(6)．同様の手法で MgAl2O4 や Y2O3，立方晶ジンバー内で一軸加圧しながら直流パルス通電を行うことで，ルコニア( ZrO2 )の透明多結晶体の製造例が報告されてい材料を直接加熱する焼結手法である．装置構成の模式図を図る．また 2.4 GPa の曲げ強度を達成した正方晶ジルコニア

.に示す．装置構造はホットプレスと共通する部分が多い

TZP)とアルミナの複合材が，炉内全体を加熱するホットプレスと異なり， SPS では(TZP10 massAl2O3)も HIP で製造されており(7)，焼結体

通電によってダイス・パンチおよび試料のみを加熱すること

内の残留空隙を極限まで除去することが強度向上の一要因とから熱容量が小さく，それゆえ高速加熱・高速冷却(通常50考えられる．このように， HIP は残留空隙の無い緻密体を～ 100°
C / min )が可能となっている．加圧焼結と電磁場支援

得る上で極めて有効な手法である．

焼結の両方の特徴を取り入れていた技術とも言える．

(tetragonal




ZrO2

polycrystal;

超高圧高温合成

SPS を用いることで，難焼結性で他の手法では緻密化が加圧焼結のうち，加える圧力を極限まで高めたものが超高進まない材料の焼結が可能になる等，通電による焼結性向上

圧高温合成である．材料のサイズが極めて限られる等の傾向

効果が 1990 年代ごろから広く認識されるようになり，研究はあるものの，超高圧・高温下でのみ実現するユニークな構開発が急速に進められた(9)(10) ．当初は，緻密化の素過程と造・物性を得ることができるという大きな利点がある．高圧

して原料の粒子粒子間に放電プラズマが発生し，これが発生装置としてはピストン・シリンダー型装置(高圧セル

SPS を使用した場合のセラミックスの焼結性向上に寄与し実現する圧力は 1～数 GPa(数十万気圧))，マルチアンビルているとされてきたが，最近ではプラズマの発生は疑問視さ装置(キュービックアンビル等，等方的な加圧が可能数

れている(11)．以前から，製造できる材料のサイズが制限さ

GPa ～ 10 GPa )，ダイアモンドアンビル装置( 10 GPa 以上)れることが問題点として指摘されていたが，最近では実用化などが知られている．いずれの場合も圧力媒体に材料を封入に向けた装置開発が進められ，既に q300 mm の大型 Al2O3

し，加圧と同時に通常 500 ～ 2000 °
C 程度の高温を発生させ焼結緻密体の製造が可能になっているほか，国内ではバインる．例えば， 4～5 GPa 程度の圧力により製造された立方晶

ダーレス WC 系超硬材料をはじめとした実用材料がパルス

窒化ホウ素(cBN)焼結体は，難削材切削工具などに用いられ通電加圧焼結により製造されている(12)．

ている(8)．高圧・高温安定での安定構造・相構造をいかにし

て常圧・常温に戻したときに維持(凍結)できるかが一つの技

マイクロ波・ミリ波の電力を誘電体に吸収させ，誘電体内マイクロ波・ミリ波焼結講義ノート

図 1.5

パルス通電加圧焼結装置の模式図．電極兼加圧
冶具を通じてパンチ・ダイスと原料粉末に直流
パルス電流を流し，加圧しながら通電加熱を行う．(オンラインカラー)

部より自己発熱させ焼結せしめる方法である．材料のみを自己発熱させるため，熱伝導や輻射による従来の炉加熱方式に比べて急速加熱が可能であり，しかも熱効率が高く短時間で加熱処理が行える(13)(15)．入力電磁波としては周波数が2.45
GHz (波長 125 mm )の電磁波がよく用いられる．マイクロ波・ミリ波と誘電体との相互作用を記述する上では，誘電体に吸収されるエネルギー P と電磁場の侵入深さ D の二つの

図 1.6

パラメータが重要とされる(15) ． P は単位体積当たりの吸収エネルギー(W/m3)として表すと
P＝2pfe0er tan d|E|2

ここで f は周波数， e0 は真空の誘電率， er は比誘電率， tan

Al2O3 におけるマイクロ波焼結の結果と，このとき用いられた試料，断熱材及びサセプタの配置の模式図(16)．大気中常圧焼結とマイクロ波焼結(2.45 GHz)での焼結温度と焼結体の相対密度を比較する．昇温速度は常圧焼結で10°
C/min，
マイクロ波焼結で 45 ～ 60 °C / min である． (オンラインカラー)d は誘電正接，E は電界強度である．また，D は電力が材料
表面の50になる深さ(m)で定義され，
D＝3.31×107f er tan d(AlON)，スピネル( MgAl2O4)，窒化アルミニウム( AlN )にとされる． er tan d は誘電損率であり，温度，周波数等に依おいて透明多結晶体の報告がある(17) ．ただし誘電損失の温存する．一般にセラミックスの誘電損率は常温では小さい度依存性が大きい材料の場合，マイクロ波加熱中に局部過熱が，温度の上昇につれて急激に増加するため，マイクロ波・が生じ易いため，焼結体組織の不均一性や寸法の制限といっ

ミリ波で加熱する場合，一旦加熱が始まればエネルギーの吸た問題をいかに解決するかが実用化に向けた技術的ポイント

収効率は高くなり，より小さな入力電力で効率的に加熱できとなる．

ることになる．



電場支援焼結(FAST)/フラッシュ焼結図.に，Al2O3 の大気中常圧焼結とマイクロ波焼結(2.45

粉末成形体へ直接通電しながら周囲を昇温することで，通GHz)での焼結温度と焼結体の相対密度との比較を示す(16)．

常の常圧焼結よりも低い温度で焼結緻密化が完了する電場支

マイクロ波焼結における断熱材及びサセプタの配置もあわせ

援焼結(electric fieldassisted sintering technique; FAST)がて示す．アルミナ製容器内部の炭化ケイ素粉末は低温域のサ

近年，学術分野で注目されている．装置構成の一例を図.

セプタとして使われている(室温近傍で Al2O3 のマイクロ波に示す．図では，通常の管状炉内で粉末成形体に Pt 線を介吸収効率が低いため)． Al2O3 が相対密度 95 に到達するた

して電界を印加し，炉内温度を上昇させる．3 molY2O3 安

めには，通常焼結なら 1600 °C の焼結温度が必要である一定化正方晶 ZrO2 ( 3Y TZP )においては，通常常圧焼結で方，マイクロ波焼結では 1400 °C 以下にまで焼結温度を低減

1400°
Cで数時間の焼結により緻密体が得られる一方，20 V/

でき，マイクロ波焼結を採用することで焼結プロセスの省エ

cm の直流電界下におかれた粉末成型体を炉内で昇温した場

ネ化に大きく貢献することが分かる．この他，透明多結晶体

合，焼結温度を 1300°
C に低減できる(18) ．このとき材料に大の 製 造 も 試 み ら れ て お り ， Al2O3 や 酸 窒 化 ア ル ミ ニ ウ ム

電流は流れておらず，ジュール加熱の効果はむしろ限られて

ま て り あ 第58巻 第10号(2019)
Materia Japan図 1.7

電場支援焼結/フラッシュ焼結の装置構成の一例．この例では，通常の管状炉内に粉末成形体
を Pt 線で吊るし， Pt 線を通して成形体に直接電界を印加しながら炉を昇温する． (オンライン
カラー)

おり，この焼結促進効果の起源は必ずしも明らかになっていない．
また同様の装置構成で，粉末成形体に印加する電界強度をより高くすると，臨界温度において急激に緻密化が開始し，ごく短時間のうちに完了してしまうという特異な現象が2010 年に報告された(19) ．この焼結手法はフラッシュ焼結(flashsintering)と呼ばれている．3YTZP であれば，120

V / cm の 直 流 電 界 下 に お か れ た 粉 末 成 形 体 は ， 炉 内 温 度
850°
Cという低温で，且つ僅か 5 秒で緻密化が完了してしまう．こうした低温・短時間での焼結は発表当初から高い関心

図1.8(a)代表的な二粒子間相互作用ポテンシャルエネ
ルギー．(b)斥力の変化によってあらわれる特徴的な二粒子間ポテンシャルエネルギー曲線(20)．

を集め，酸化物を中心にさまざまなセラミックスでフラッシ
ュ焼結が起こることが明らかとなっている．電場支援焼結お
よびフラッシュ焼結については第 4 回で詳しく述べる．

歩に伴い原料粉末の微細化(ナノ化)が進んでおり，原料粉末
における粒子の分散・凝集の解砕工程は重要度を増している．

・ 粉末混合・分散調整および成形

二粒子間に働くポテンシャルエネルギーを模式的に図.
(a)に示す(20)．一般に，溶媒中に存在する粒子間には主にフ焼結に際し，反応焼結の利用や第二相の分散，焼結助剤のァンデルワールス力(van der Waals attraction)と，粒子の周添加のため，複数種の原料粉末を均一に混合し，組成を調整

囲に形成される拡散電気二重層に起因する静電反発力(dou-する．そして原料粉末ができるだけ均一且つ高密度に充填さble layer repulsion)とが作用し(20)(22)，これら引力(ファンれた成形体を作製する必要がある．これら粉末調整および成デルワールス力)と斥力(静電反発力)の和が実際に粒子間に形体の作製は，焼結において相対密度の向上や高度な組織制

働くポテンシャルとなる．十分距離の離れた二つの粒子が互御を実現する上では不可欠な工程であり，また焼結体の結晶いに近づく場合，ポテンシャル障壁(P1)が十分高い場合には配向性等のコントロールにおいて重要な役割を果たす．この粒子同士はある一定距離より接近できず，溶媒中の粒子の分節では，粉末の混合・分散と成形について簡単に述べる．

散性は良好となる．逆に P1 が低い場合，熱振動(熱エネルギ

・・ 粉末混合・分散ー kT)により障壁を越えた粒子同士は容易に凝集する(M1)．
P1 を大きくするためには，斥力を高めるべく粒子表面の帯

複数の原料粉末を均一に混合させるには，粒子の分散性向

電を十分に高い値にすれば良い(粒子表面の電位の指標とし上が鍵であり，このため原料粉末を一旦溶媒中に分散し，溶て，しばしばゼータ電位が用いられる)．図1.8(b)に四つの媒中で粒子間相互作用を制御した状態から混合・固化させる

特徴的な粒子間ポテンシャル曲線を示す(20)．曲線 A は斥力

湿式プロセスがよく用いられる．近年では原料製造技術の進が殆ど作用していない例で，粒子が容易に凝集してしまう．



講義ノート

曲線 B は A に比べて斥力は高く P1 が現れるが， P1 の高さ

文が kT に対してまだ十分高くないため，凝集してしまう恐れ

献がある．曲線 C は kT に対して P1 が十分高く，また曲線 D
では斥力が顕著であり粒子は安定的に分散すると期待できる．ただし D では溶媒中の粒子濃度が低くなってしまう可能性がある．
・・ 粉末成形
原料粉末を所定の形状に成形する手法を分類するとおよそ
次のようになる(23)．



乾式成形

機械プレス，冷間静水圧(CIP)成形など，原料粉末を金型中で一軸加圧またはゴム容器に封入して静水圧で加圧する．



塑性成形

射出成型，押出成形など，原料粉末と(熱)可塑性有機物との均一混合体を金型に加圧して押込み，または高圧で一定断面形状の隙間から押出すことで求める形状に加工する．



湿式成形

原料粉末とバインダーおよび溶媒からなる低粘度の泥漿(スラリー)から固化成形する手法．フィルム状のキャリアとブレードとの隙間から流出させシート状の成形体を得るテー
プキャスティング，石膏型等の吸水性の鋳型中や多孔質の鋳型に流し込み粉末堆積層を形成させる鋳込み成形，遠心力により粒子を堆積させる遠心成形，電界を加え帯電した粒子を移動させて電極上へ堆積させる電気泳動堆積(electrophoretic deposition (EPD))，強磁場(＞10 T)中で結晶配向させながら堆積させる磁場配向などが知られる．



三次元成形

インクジェット法(スラリーをノズルから発射し三次元構造物として印刷する)，押出材法(ノズルから押出した粉末調( 1 ) I.W. Chen and X.H. Wang: Nature, 404(2000), 168171.
( 2 ) X.
H. Wang, X.Y. Deng, H.L. Bai, H. Zhou, W.G. Qu, L.
T. Li and I.W. Chen: J. Am. Ceram. Soc., 89(2006), 438443.
( 3 ) A. Ikesue, I. Furusato and K. Kamata: J. Am. Ceram. Soc., 78(1995), 225
228.
( 4 ) S. Y. Kee: J. Am. Ceram. Soc., 81(1998), 12621268.
( 5 ) 三友 護圧力技術，30(1992), 7883.
( 6 ) A. Krell, P. Blank, H. Ma, T. Hutzler, M.P.B. van Bruggen and
R. Apetz: J. Am. Ceram. Soc., 86(2003), 1218.
( 7 ) K. Tsukuma, K. Ueda and M. Shimada: J. Am. Ceram. Soc., 68(1985), C4
C5.
( 8 ) 谷口 尚高圧力の科学と技術，21(2011), 292299.
( 9 ) S. Grasso, Y. Sakka and G. Maissa: Sci. Tech. Adv. Mater., 10(2009), 053001.
(10) 鴇田正雄材料の科学と工学，53(2016), 2
5.
(11) D. M. Hulbert, A. Anders, J. Andersson, E.J. Lavernia andA.K. Mukherjee: Scripta Mater., 60(2009), 835838.
(12) M. Tokita: Am. Ceram. Soc. Bull., 85(2006), 3234.
(13) W. H. Sutton: MRS Bulletin, 18(1993), 2229.
(14) 三宅正司まてりあ，45(2006), 585588.
(15) M. Oghbaei and O. Mirzaee: J. Alloys Compounds, 494(2010),
175189(16) K. H. Brosnan, G. L. Messing and D. K. Agrawal: J. Am. Ceram. Soc., 86(2003), 13071312.
(17) J. Cheng, D. Agrawal, Y. Zhang and R. Roy: Mater. Lett., 56(2002), 587
592.
(18) S. Ghosh, A. H. Chokshi, P. Lee and R. Raj: J. Am. Ceram.
Soc., 92(2009), 18561859.
(19) M. Cologna, B. Rashkova and R. Raj: J. Am. Ceram. Soc., 93(2010), 35563559.
(20) M. N. Rahaman: Ceramic Processing and Sintering, CRC
Press, (2003), 206208.
( 21 ) 細川益男監修，ナノパーティクルテクノロジーハンドブック
編集委員会編ナノパーティクルテクノロジーハンドブッ
ク，日刊工業新聞社，(2006), 233.
(22) 鈴木 達，打越哲郎，目 義雄まてりあ，48(2009), 321
326.
(23) 植松敬三セラミックス，40(2005), 686702.

合物を積層・接着する)等により三次元成形体を得る．
上述のような粉末成形工程での構造制御は，焼結後に得られる多結晶体の熱伝導性や強度・靭性の向上に寄与する．粉末の混合・調整および成形技術は，優れた焼結体の製造の上では焼結技術とは切り離せない重要なプロセスとなっている．

参

考

書

( 1 ) 守吉佑介，笹本 忠，植松敬三，伊熊泰郎，門間英毅，池上隆康，丸山俊夫セラミックスの焼結，内田老鶴圃，(1995).
( 2 ) R. M. German: Sintering Theory and Practice, John Wiley &Sons, NY, (1996).
( 3 ) S.J. L. Kang: Sintering, Elsevier, MA, (2005).
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

吉田英弘

ま て り あ 第58巻 第10号(2019)
Materia Japan1997年 東京大学大学院工学系研究科修士課程修了
2001年 博士号取得(論文博士(工学)，東京大学)
1999 年～ 2004 年 東京大学大学院新領域創成科学研
究科・助手
2004年～2019年 物質・材料研究機構・研究員
2019年～現職
専門分野セラミック材料学◎構造・機能セラミックスの微細組織制御と特性向上に関する研究に従事．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

原子分解能電子顕微鏡法を用いたセラミックス粒界溶質偏析機構の解明
馮斌

おらず，溶質偏析メカニズムは未だに不明であった．

.

は じ

め

に

筆者らは，イットリア安定化ジルコニア(YSZ)粒界に着目し，近年進展が目覚ましい超高感度エネルギー分散型 X 線

粒界はセラミックスや金属多結晶体材料に普遍的に存在分光法( EDS )を用いて，粒界における組成解析を行ってき

し，実用デバイスの機械特性，電気特性やイオン輸送特性なた．本稿では，粒界の元素分布について，ナノスケールからど，様々な物性と密接に関係している(1)．また粒界付近では原子スケールまでの直接観察結果を紹介し，粒界溶質偏析の

不純物や添加元素が濃化する傾向にあり(粒界偏析)，材料のメカニズムについて議論する．

巨視的な特性を劇的に変える事も報告されている(2)(3)．この.

ような粒界局所に偏析する添加元素の性質と機能発現メカニ

実

験

方

法

ズムを詳細に理解・制御する事は，今後の高機能材料開発を行う上で重要となる．

本研究では，まずバイクリスタル法を用いて，系統的に五近年，原子分解能を有する走査透過型電子顕微鏡( Scan-

つ の YSZ モ デ ル 粒 界 を 作 製 し た ． Σ 3 ， Σ 5 ( 310 ) ，ning transmission electron microscope, STEM)技術のブレー

Σ 5( 210)，Σ 9 ，Σ 13粒界を研究対象とした(ここでΣ値はクスルーにより，原子スケールにて添加元素の偏析サイト及粒界の整合性を示す指標である)．具体的には，特定方位にびその粒界偏析構造の可視化が可能となった．さらに第一原切り出した YSZ 単結晶 2 枚を1600°
C，15時間，大気中にて理計算などの理論手法を組み合わせることで，粒界偏析現象

熱拡散接合することにより，粒界を含むバイクリスタルを作に対する理解がより深まり，粒界偏析による機能発現メカニ

製した．この手法を用いると，単結晶の方位を制御する事

ズムの解明にも成功しつつある(3)．しかしこれまでの研究はで，粒界の性格を様々に制御する事が可能となる．得られた

主に不純物偏析を対象として議論されてきた．この場合，添粒界部分を切り出し，機械研磨及びイオンミリングによって加元素は結晶粒内に固溶せず，粒界のみに偏析している．そTEM 観察試料を作製し， STEM EDS を用いて組成解析をのため，粒内と粒界において添加元素の濃度差が大きく，粒行った．

界では明確な添加元素の像コントラストやスペクトルが得られる(1)．一方，添加元素が結晶粒内にも固溶する溶質偏析に.

粒界における組成分布

関しては，その現象自体は確認されているものの(4)，粒内と粒界における溶質元素の濃度差が極めて小さいため，粒界局

図に各モデル粒界における高角散乱環状暗視野

所濃度分布を原子分解能にて可視化する事が困難であった．

(HAADF)STEM 像を示す．明るいコントラストはカチオ

また，添加元素は粒内のアニオンとも結合していることか

ン原子カラムの位置に対応しており，粒界構造は粒界性格にら，アニオンの分布情報も溶質偏析現象を理解する上では重依存している事がわかる(5)．

要な要素となる．通常，アニオンサイトは軽元素で構成され

図に各粒界の EDS マッピングデータおよび強度プロフているため，その定量検出も技術的に困難であった．以上のァイルを示す．一見すると，粒界では Zr と O の強度が低下事から，粒界溶質偏析に関する実験的知見は十分に得られてし， Y の強度が上昇する結果になる．しかしながら，一般東京大学工学系研究科総合研究機構助教(〒1138656 東京都文京区弥生 211
16)
Solute Segregation Behavior in Ceramic Grain Boundaries Investigated by AtomicResolution Scanning Transmission Electron
Microscopy; Bin Feng(Institute of Engineering Innovation, School of Engineering, The University of Tokyo, Tokyo)
Keywords: atomicresolution STEM, EDS, grain boundary, segregation, YSZ
2019年 3 月29日受理[doi:10.2320/materia.58.576]



新 進 気 鋭

図1

各モデル粒界における HAADFSTEM 像．スケールバーは 1 nm．

図3

各モデル粒界における元素濃度マッピング及び強度プロファイル．スケールバーは10 nm．

に酸素空孔( Vo )が占有する事で，最安定な欠陥配置が形成される(8) ．この原因としてまず， 3 価の Y イオンが 4 価のZr サイトを置換し負に帯電するため，正に帯電する Vo が近くに配置する事で，電気的中性条件が維持しやすいこと，また Y のイオン半径は Zr よりも大きいため， Y が Zr を置換した際には格子ひずみを伴い，同じく格子ひずみを伴う Voとは反発し，遠ざかる傾向にあること，この二つの相互作用
図2

各モデル粒界における EDS 強度マッピング及び強度プロファイル．スケールバーは10 nm．

のバランスにより，上記の最安定配置が形成される(8)．
次に粒界について考える．先行研究により二つの異なった偏析駆動力が提案されてはいるものの，未だその支配的な偏析メカニズムについては議論中である(9)．一つ目の考え方として，弾性相互作用による偏析駆動力が提案されている．こ的な粒界は原子構造が乱れているために，その原子密度は粒の理論では，粒界コアにおけるダングリングボンドや配位欠内の完全結晶に比べ低下する事が知られている(6) ．そのた損サイトに起因した局所歪に注目している． Y が偏析する

め，粒界における各元素の強度変化は必ずしも各元素の濃度事により，そのような粒界局所ひずみが緩和され，より安定変化に対応するとは限らない(5) ．つまり粒界における EDS

な粒界構造となるという考え方である．添加元素が粒内に固強度プロファイルから元素濃度を議論する事は困難である．

溶しない不純物粒界偏析に関しても，同様の偏析機構がしば

そこで，各粒界における濃度分布を計算した結果を図に示しば提案されている(3)．またこの際，粒界の局所的な電気的す．すべての粒界において，図 2 と同様に Zr の濃度は低下

中性条件を保つために，Vo は Y の近傍に配置する傾向が認し， Y の濃度は上昇する結果となり，この結果は，過去のめられ，不純物粒界偏析と同じように Vo も粒界コアに偏析

報告とも一致する(9) ．一方

O の濃度はΣ 3 粒界以外，すべする．すなわち酸素濃度は粒界コアにおいて低下する(4)．図

ての粒界において上昇する傾向が観察された．ここで注意す(a)にこのモデルで予測される欠陥濃度分布を示す．このよべきポイントとして，粒界などの欠陥は周期性が乱れた構造

うなイオン結晶粒界における 3 価イオンの粒界偏析は，添を有しているため，STEMEDS 解析を行う際にはアーティ

加 ZrO2，CeO2 を対象とした TEM による解析や理論計算にファクトが生じることである．本研究ではこれらの影響を考て多数報告されている(4)(10)．

慮したうえで，上記の結論に至った(詳細は文献( 7 )を参照

二つ目の考え方として，静電相互作用に基づいた粒界偏析して頂きたい)．これらの結果により，一般的な傾向とし駆動力も提案されている．これは電荷のバランスを考慮したて，粒界において Y と O 濃度は上昇している事が明らかに

スペースチャージモデルとして知られている(9)．一般的な酸なった．

化物では，粒内と比較して粒界や界面における酸素空孔の形
成エネルギーが低下する．そのため，この理論では，まず粒.

一般粒界における Y 偏析メカニズムの検討

界コアに酸素空孔(Vo(GB))が濃化していると仮定する．このVo(GB) は，粒内の Vo とは異なり，粒界コアに固定している

前項までに述べた結果をもとに，溶質偏析機構について検と考えられている(9))．この結果， Vo(GB) は正に帯電してい討する． YSZ の様なイオン結晶粒界では，イオン間の相互るため，粒界コアが正に帯電する事になる．そこで負に帯電作用が重要となる．まずは粒内のイオン間相互作用についてする Y イオンは静電相互作用により粒界コアに偏析する考える． YSZ の粒内では， Y イオンの第二近接酸素サイト

が，正に帯電する Vo は粒界コアから反発される．その結

ま て り あ 第58巻 第10号(2019)
Materia Japan果，粒界コア近傍の粒内では厚さ数ナノメートルの Vo 空乏と考えている．より詳細な解釈は今後の研究の進展が期待さ層が形成される．すなわち粒界コア近傍の酸素濃度が上昇すれる．

る事になる．この場合，粒界における電気的中性条件は，粒.

界コアを含めた数ナノの範囲にて，帯電する粒界コア， Y

Σ3 粒界における Y 偏析メカニズムの偏析層，そして Vo の空乏層により保たれる．図 4(b)にこの理論による欠陥濃度分布を示す．また Vo は酸素イオン伝

前章で述べたように，Σ3 粒界における欠陥濃度分布は他

導のキャリアであるため，粒界近傍の粒内で Vo 濃度が低下の粒界と異なる挙動を示しており，特有の偏析機構が考えらする事は，粒界近傍のイオン伝導が低下する事を示唆していれる．本章では，原子レベルにて Y の偏析構造を直接観察る．一連の推測は過去のインピーダンス測定結果とも一致しする事により，Σ 3 粒界における Y 偏析メカニズムについており(9)，粒界近傍における Vo の空乏が粒界イオン伝導抵て議論する．

抗の起源として認識されている．以上のように，二つのモデ

図( a ) , ( b )に原子分解能 STEM EDS を用いた Zr と Y

ルにおいて Y は粒界に偏析するものの，酸素濃度の変化はマッピングの結果を示す(13)．図 5(a),(b)から粒界直上にて逆となり，支配的な偏析機構については未だに議論中である．

Y が特徴的な偏析構造が形成されている事が分かる．詳細

図 4 ( c )にΣ 9 粒界を代表例として，本研究で得られた粒な偏析構造を調べるため，粒界を跨ぐ方向の EDS 強度分布

界欠陥濃度分布を示す．粒界近傍において O 濃度の上昇(Voを同時に示す．まず Y の強度が上昇している原子層では，濃度は低下)，および Y 濃度の上昇は，図 4 ( b )に示される

Zr の強度が低下している事から，Y は，粒界において Zr サ

スペースチャージモデルの欠陥分布と非常に類似している．

イトを置換することが確認できる．次に，粒界面(対称面)直しかし粒界コアの O 分布については，図 4(b)と異なる結果上においては， Y の濃度が低いものの，粒界面両側の第一が得られている． STEM EDS では Vo(GB) と Vo を区別する

近接原子面に Y がより強く偏析している事が確認できる．

事は出来ないが，実験では粒界コアを含めた数ナノメートル

また粒界面から粒内にわたって， Y の強度分布が原子レベの領域において O 濃度が一様に上昇している事から，スペルで濃淡を繰り返す規則的な構造が形成されていることも明ースチャージ理論で予測される Vo(GB) の偏析は観察されならかとなった．更に，粒界面両側における偏析の強度が若干かった．本章最初の議論により，Vo は Y に近寄る傾向があ

異なる非対称な偏析挙動も認められる．このような Y 偏析り(つまり O は Y から遠ざかる傾向にある)，粒界近傍におは粒界面直上から粒内の約 5，6 原子層まで進展している．

ける O 濃度と Y 濃度の同時上昇は，正に帯電した粒界コア

この様な偏析現象を理解するために，原子サイト交換モンによる長距離クーロン作用の結果であるとも考えられる．しテカルロ計算による理論解析を行った(13)．この理論解析でかし本実験の結果を考慮すると，少なくとも粒界コアの帯電は粒界を含めた計算セルの Y 濃度を徐々に上昇させること

起源は Vo(GB) ではないことが示唆される．粒界コアの帯電で，偏析過程についての知見を得ることができる．図に各起源について，筆者らは現時点では明確な結論に至る事は出

Y 濃度における最安定粒界構造を示す．まず図 6 ( a )に無添来ていないが，本研究を通して以下のような考察が考えられ

加 ZrO2 の粒界構造を示すが，粒界直上では体積が膨張してる．

おり，L1 層の Zr サイトは配位欠損サイトとなっている．Y

ここで重要なポイントとしては，粒界近傍の欠陥濃度分布が偏析する際にはまずこの配位欠損サイトに偏析する傾向がに関して唯一例外的な挙動を示すΣ3 粒界の原子構造が粒界ある(図 6 ( b ))． Y が L1 層に偏析すると同時に， Vo は L1

コア帯電起源のヒントを与えていることである．図 3 のΣ3層の第二近接サイトである r1 層と l2 層に偏析する．つまり粒界における欠陥濃度分布はスペースチャージモデルとは異粒界における欠陥配置は，先章で述べた粒内中の欠陥と同じなり，図 4( a )のモデルと非常に類似している．改めて各粒傾向を示している．更に偏析が進行すると，r1， r2 層の Vo

界の構造(図 1)に着目すると，Σ3 粒界は他の粒界より配位が構造緩和され一つの面になり，Y は VoY の最安定配置を欠損サイトの密度が低く，構造の整合性が非常に高い．粒界や転位などの欠陥における結晶構造の乱れや組成の不定比性
は，欠陥局所における電荷分布の対称性を崩す原因と提案されており(11)(12)，筆者らはこのような理由で粒界が帯電する

図4



各モデルにおける粒界元素濃度分布( a )弾性相互作用による偏析機構(b)静電相互作用(スペースチャージモデル)による偏析機構(c)本研究で得られた欠陥濃度分布．

図5

Σ3 粒界における偏析構造．(a)Zr マッピング(b)Y マッピング．スケールバーは 1 nm．

新 進 気 鋭

支配されるが，弾性相互作用も影響するべきと考えられる．
今後さらなる実験技術，計算機性能の発展に伴い，粒界帯電起源の解明や粒界偏析の定量化などが期待できる．また粒界
溶質偏析現象に関する基礎的知見を蓄積するとともに，物性との相関性を検討していく必要がある．
昨年日本金属学会奨励賞を戴き，またこの度研究紹介の機会を戴きましたこと，改めて関係者の皆様に深く御礼申し上げます．本稿で述べた研究は，東京大学・幾原雄一先生，柴田 直 哉 先 生 ， Nathan Lugg 博 士 ， 大 阪 大 学 ・ 吉 矢 真 人 先生，名古屋大学・横井達矢先生，日本電子株式会社・熊本明仁博士との共同研究により遂行され，ここに深く感謝申し上
げます．本研究は科学研究費補助金特別推進研究( 17H06094 )，若手研究( 18K13982 )の支援を受けて行われた成果の一部である．また本研究の一部は文部科学省委託事
業ナノテクノロジープラットフォームに参画する東京大学微細構造解析プラットフォームの支援を受けて実施されました．

文

図6

各 Y 濃度における最安定粒界構造．

保ちながら，粒界面の逆側 R1 に偏析する．上記の偏析過程が繰り返され，最終的には実験像と一致した規則構造が形成される(図 6(d))．たとえ粒界コアが帯電しなくても，周期性が乱れた原子構造に起因する弾性相互作用が，粒界偏析の駆動力となりうるのである．その結果，粒界構造， Y ， Voの相互作用によって最安定な粒界偏析構造が形成される．
粒界コアにおける原子構造は，常に完全結晶の原子構造と異なる．そのため，この様な弾性相互作用による偏析は，前章で述べたケースも含めて一般的に存在するはずであり，粒界
偏析の支配的な要因ではないと考えられる．
ところで，このような規則偏析構造は，一般的な Y 添加
ZrO2 焼結体では安定化できないパイロクロア型結晶構造と類似した構造を有していることが分かっている(14) ．粒界という周期性が乱れた特殊な環境下にて，その構造が実現した

献( 1 ) Y. Ikuhara: J. Electron Microsc., 60(2001) (Supplement 1),
S173188.
( 2 ) G. Duscher, M. Chisholm, U. Alber and M. Ruhle: Nature
Materials., 3(2004), 621626.
( 3 ) J. Buban, K. Matsunaga, J. Chen, N. Shibata, W. Ching, T.
Yamamoto and Y. Ikuhara: Science, 311(2006), 212215.
( 4 ) N. Shibata, F. Oba, T. Yamamoto and Y. Ikuhara: Philos.
Mag., 84(2004), 23812415.
( 5 ) B. Feng, N. Lugg, A. Kumamoto, Y. Ikuhara and N. Shibata:
ACS Nano., 11(2017), 1137611382.
( 6 ) T. Oyama, M. Yoshiya, H. Matsubara and K. Matsunaga:
Phys. Rev. B., 71(2005), 224105.
( 7 ) B. Feng, N. Lugg, A. Kumamoto, N. Shibata and Y. Ikuhara:
Ultramicroscopy., 193(2018), 3338.
( 8 ) M. Zacate, L. Minervini, D. Bradfield, R. Grimes and K.
Sickafus: Solid State Ionics., 128(2000), 243254.
( 9 ) X. Guo and R. Waser: Progress in Materials Science., 51(2006), 151
210.
(10) Y. Lei, Y. Ito, N. Browning and T. Mazane: J. Am. Ceram.
Soc., 85(2002), 23592363.
(11) S. Graser, P. Hirschfeld, T. Kopp, R. Gutser, B. Andersen and
J. Mannhart: Nature Physics., 6(2010), 609614.
(12) N. Shibata, M. Chisholm, A. Nakamura, S. Pennycook, T.
Yamamoto and Y. Ikuhara: Science., 316(2007), 8285.
(13) B. Feng, T. Yokoi, A. Kumamoto, M. Yoshiya, Y. Ikuhara andN. Shibata: Nature Communications., 7(2016), 11079.
(14) L. Minervini, R. Grimes and K. Sickafus: J. Am. Ceram. Soc.,
83(2000), 18731878.

と考えられる．粒界溶質偏析を制御する事ができれば，従来★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

手法では作製する事ができない新規結晶相を材料中に作り込める可能性も期待できる．

.

お わ

り

に

本稿では，原子分解能 STEM EDS を用いた YSZ 粒界における Y 偏析機構についてこれまでに得られた知見を紹介馮斌

2014年10月 東京大学大学院工学研究科博士課程修了
2014年11月 東京大学大学院工学系研究科，日本学術振興会特別研究員(DC2)2015年 4 月 東京大学大学院工学系研究科，特任研究員
2017年 7 月現職
専門分野セラミックス界面◎原子分解能透過型電子顕微鏡を用いた結晶界面の構
造解析に関する研究に従事．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

させていただいた．粒界の偏析駆動力は主に静電相互作用に

ま て り あ 第58巻 第10号(2019)
Materia Japan




図1

.

は じ

め

に

私は，鹿児島大学において学部時から物理を学び，現在は博士後期課程に在学し研究活動を行なっています．4 年次の研究室配属以来，小山佳一，三井好古研究室に所属し磁性材料を研究しています．この度本稿を執筆する機会をいただきましたので，これまでの研究の振り返りと共に，今後の研究活動への意気込みを述べたいと思います．

.

これまでの研究

我々の研究室では強磁場を用いた材料開発を行なっています．また鹿児島大学には学部 1 年次より最先端の研究に触れる機会(サイエンスクラブ)があり，金属材料だけでなく，
化学反応，生物の増殖など，さまざまな現象に対する磁場効
果を評価してきました．特に学部 2，3 年次は，鹿児島ということで，焼酎酵母の菌増殖に対する磁場効果を評価し，抑制効果があることを見出しました．またそれらのモチベーシ
ョンを維持して，4 年次から磁性材料の相転移に対する磁場効果として，強磁性 MnAl に対する磁場中熱処理効果を評
価してきました．これまでに常磁性相から強磁性相への相転移に対する磁場効果は MnBi などで明らかにされていました．一方で Mn Al は永久磁石として用いられていましたが，ネオジム磁石の開発により現在はほとんど使われていません．また MnAl の強磁性相は非平衡相であるために単相合成ができないことが知られています．しかし， Mn Al に
カーボンを添加することで強磁性相の安定性を向上できることがわかっています．一方でキュリー温度が100 K 低下することが欠点として挙げられます．我々は強磁性 MnBi 合成
への磁場効果のように，強磁性相が磁場中で安定化することに着目してキュリー温度の低下を伴わない安定化の方法として磁場中熱処理を行ないました．強磁性 MnAl は，同一の組成を有する高温相から析出することが知られています．し
たがって高温相を急冷により取り出し，磁場中熱処理を行いました．この結果，高温相からの相転移は促進されることおよび非平衡相に伴う常磁性平衡相への相転移は抑制されることがわかりました．これらの研究成果を Mater. Trans. 58(2017), 15111518に筆頭著者として投稿できました．またこれらの研究を東北大学金属材料研究所の 15 T マグネットを用いて強磁場環境下で行なったこと，試料を作製，解析，



世界最高磁場で使用可能な磁場中急冷炉．(東北大学金属材料研究所で実験)考察という一連の流れを繰り返し，一定の成果が得られたことから達成感を得ることができました．私は学部時から博士課程への進学を希望しておりましたが，これらの経験がより進学へのモチベーションを向上させました．さらにこれらのデータを国際学会において英語で発表させていただく機会があり，これまでの自分の世界観は狭いと感じ，もっと視野を広げて，鹿児島から世界をリードする研究をしたいと思い博
士後期課程に進学しました．

.

博士課程での研究

世界最強の永久磁石として知られるネオジム磁石は日本人が開発し，永久磁石の研究で多くの日本人が活躍されています．私もそのようになりたいと思い，磁場を用いた永久磁石の開発を行なっています．磁性体の諸特性に対する磁場効果
は多数研究されてきていますが，磁場中での平衡状態(磁場中平衡状態図)はほとんどの物質で明らかになっていません．これまでに研究された MnBi や FeC においては，強磁性相から常磁性相への相転移温度が上昇することが明らかになっています．しかし，これらの物質は安定相であり，その他に非平衡相や複数の強磁性相が存在するような状態における磁場中平衡状態図の作製がなく，磁場を産業利用するには必要です．私は博士課程において磁場中平衡状態図を明らかにしていきたいと思います．鹿児島大学には磁場中での物質の相状態を明らかにするために必要な磁場中急冷炉(図)があります．この急冷炉で磁場中の組織を取り出すことが可能です．したがって，この装置を用いて，様々な物質の磁場中での平衡状態を明らかにしていきたいと考えています．そして，世界をリードして新たな磁場効果や磁性材料の開発につなげていければと思います．

.

最

後

に

普段からご指導いただいている小山先生や三井先生，共同利用を受け入れてくださる先生をはじめ，これまでご指導くださった先生方，学生生活をサポートしてくれる両親，多くの方々に支えられてきました．大変感謝しております．
博士課程に進学して以降，めまぐるしく時間は経過し，気付けば一年が過ぎました．博士課程ではより自主性が必要
で，やるべきことや，やりたいことがたくさん出てきました．博士課程やその後の研究を見据えて，向上心，探究心を忘れず，精進していきたいと思います．
(2019年 7 月 3 日受理)[doi:10.2320/materia.58.580](連絡先〒8908580 鹿児島市郡元 1
2135)

は ば た く

本
会

告

会

記

事

第28回奨学賞の推薦校募集について …………………………581
2020年春期講演大会の外国人特別講演および招待講演募集…………………………………………………………………581(新設)第 1 回日本金属学会フロンティア研究助成募集 ……582
日本金属学会フェロー推薦募集の案内 ………………………583
第43回技術開発賞募集 …………………………………………583
第70回金属組織写真賞作品募集 ………………………………583
2020年度代議員候補者の立候補者募集 ………………………584
2020年度の監事候補者の立候補者募集 ………………………585
2020年度代議員選挙管理委員会委員募集 ……………………585
若手研究グループ集会 …………………………………………585

事務局 渉 外 ・ 国 際 関 係secgnl＠jim.or.jp
会員サービス全般account＠jim.or.jp
会費・各種支払member＠jim.or.jp
刊 行 物 申 込 みordering＠jim.or.jp
セミナーシンポジウム参加申込みmeeting＠jim.or.jp
講 演 大 会annualm＠jim.or.jp
総 務 ・ 各 種 賞gaffair＠jim.or.jp
学術情報サービス全般secgnl＠jim.or.jp
調 査 ・ 研 究stevent＠jim.or.jp
まてりあ・広告materia＠jim.or.jp
会 誌 ・ 欧 文 誌editjt＠jim.or.jp

支部行事 …………………………586 次号予告 …………………………588
掲示板 ……………………………586 新入会員 …………………………588
会誌・欧文誌10号目次 …………587 行事カレンダー …………………589

公益社団法人日本金属学会〒 仙台市青葉区一番町




 FAX 




TEL 
https://jim.or.jp/

投稿規程・出版案内・入会申込はホームページをご利用下さい．

会

告(ホームページもご参照下さい)年全国大学材料関係教室協議会の参加大学(
校)
大

学

名

1 北海道大学
2 室蘭工業大学

13 豊橋技術科学大学 25 大阪府立大学
14 名古屋大学
26 兵庫県立大学

3 岩手大学4 秋田大学15 名古屋工業大学
16 京都大学

27 石巻専修大学
28 千葉工業大学

5 東北大学6 茨城大学17 大阪大学
18 島根大学

29 東京理科大学
30 芝浦工業大学

7 筑波大学8 東京大学19 香川大学
20 愛媛大学

31 東海大学
32 金沢工業大学

によりご応募下さい．

9 東京工業大学

21 九州大学

33 関西大学
34 近畿大学

奨学賞募集要項

10 横浜国立大学
22 九州工業大学
11 長岡技術科学大学 23 長崎大学

教育機関の募集

12 富山大学

日本金属学会・日本鉄鋼協会
第
回奨学賞の推薦校募集について
奨学賞はこれまで全国大学材料関係教室協議会参加大学の学部学生を対象にしておりましたが，材料分野の発展の貢献が期待できる
多くの優秀な学生を幅広く奨励するため，全国大学材料関係教室協議会参加大学以外の教育機関からも広く募集いたします．下記要項

35 早稲田大学

24 熊本大学

国内の材料系の学科又はコース等を有する大学および高等専
門学校




年春期講演大会の外国人特別講演および招待講演募集

同一の教育機関(1 校)の応募数は，関係する材料系の学科又はコース等に拘らず 1 件とします．
教育機関における候補者の対象

推薦書提出期日年月日(水)大学は学士課程 4 年に在学する学生．
高等専門学校は専攻科 2 年に在学する学生．

特別講演

推薦校の推薦者資格講演者著名な外国人研究者とする．
講演時間30分(討論10分)
採択件数3～4 件

教育機関の代表専攻長(代表学科主任)
同一教育機関の応募窓口は事前にご調整願います．

滞在費補助10,000円×5 日(上限日数)
その他大会参加費免除，懇親会招待

下記の全国大学材料関係教室協議会の参加大学には，推薦校の資格が与えられます．
手続き所定の応募用紙(本会ホームページよりダウンロードできます)により必要事項を記入の上，ご応募下さい．
月日(金)
応募締切 年
申込問合先

招待講演
講演者有益な講演が期待される国内に滞在する外国人研究者とする．

〒980
8544 仙台市青葉区一番町 11432

講演時間15分(討論 5 分)

(公社)日本金属学会

採択件数5 件程度
滞在費補助なし

 022
2233685

奨学賞係

FAX 0222236312%

Email: gaffair＠jim.or.jpその他大会参加費免除
推薦用紙所定様式(ホームページからダウンロードして下さい)詳
細 まてりあ 9 号526頁
推薦書提出期日 年月日(水)照会・推薦書提出先〒980
8544 仙台市青葉区一番町 11432(公社)日本金属学会 国際学術交流委員会宛
 0222233685

FAX 0222236312%

Email: gaffair＠jim.or.jp

ま て り あ 第58巻 第10号(2019)
Materia Japan(新設)第回日本金属学会フロンティア研究助成募集
この度本会では，教育・研究機関での金属およびその関連材料分野の学術研究および技術研究の発展や若手研究者の育成や奨励を主な目的とした，金属およびその関連材料分野に関連する材料又はプロセスに関する研究に対しての助成金を交付する事業を新設いたしました．
下記の通り第 1 回目の助成の対象となる研究を募集いたしますので，ご検討の上，応募下さい．
募集期間
年月日(土)～月日(火)まで

募集要項

 助成研究の実施過程において助成研究実施計画を変更する必要が◯応募資格生じた場合(中止する場合を含む)は速やかに報告し，重大な変更

応募者(代表者)は， 2020 年 4 月 1 日時点で 45 歳以下の日本の教育機関または公的研究機関に所属し，日本国内で研究に従事するについては本会と対応を協議すること．
 助成実施者が所属している組織から別の組織に異動する場合は，◯本会と対応を協議すること．

者(学生・大学院生および企業との兼務者を除く)であること．ただし，共同研究者は国外でも可とする．

 研究終了 6 ヶ月後までに，終了報告書(A4 様式 1 枚)および成果◯

応募は一人一件とします．同一研究室からの複数応募は可能です

報告書を日本語(専門語等で部分的に外国語を使用することはが，新規採択は 1 件とします．

可)で作成し，原則として Email 添付にて提出すること．
なお，成果報告書は「まてりあ」への成果報告(2 頁)の投稿に活動開始時には，非会員は会員になることが望ましい．

代えるものとする．

助成の対象となる研究
金属およびその関連材料分野に関連する材料又はプロセスに関す

 本会から求められた場合は，実施状況を報告すること．また本会◯が研究施設への訪問を希望した場合は，可能な範囲で対応するこる調査，試験，研究および開発とする．
助成研究の実施期間は，原則 2 年間とする．研究開始

研究期間

日が年度途中となる場合は，年度をまたいだ 2 年間とと．
 研究実施者又は研究実施者の所属する組織は，帳簿を備え，助成
◯

する．
助成件数

研究に係わる経理を他の経理と明確に区別し，本会から照会があ

年間10件以下

1 件あたり，150万円
助成金の使途

助成金額

った場合はこれに応ずること．
 研究成果は研究開始時から研究完了後 1 年までの間に本会の講◯演大会における発表 2 件および本会の欧文誌又は会誌に論文を投稿すること．

研究等に直接必要な費用および所属組織の必要最低限の間接経費に充当すること．研究者の人件費(臨時雇用の研究補助者等の費 研究成果を学会・学術論文誌・新聞等に発表する場合は，事前に◯本会に連絡するとともに，本会から資金援助を受けたことを明記

用を除く)には充当できないものとする．

すること．

助成金の交付方法および交付期間
研究助成金の交付方法は，原則として，助成実施者が所属する組

 実施計画に記載した研究を実施しなかった場合，提出期限後 1◯織に対する奨学寄付の形とする．共同研究者が別の組織に所属す

年を経過しても研究成果(中間)報告書の提出がない場合又は研る場合は，複数の組織に交付することは可能です．

究実施者が研究中止の申し出をした場合には，研究助成金の全

研究助成金の交付期間は，原則として，理事会決定以降 12 月 31

額又は残額を返還すること．

日までの間とします．研究実施者は，速やかに助成金受領のため【留意事項】に助成金交付の手続き(奨学寄附受付窓口の連絡等)を行うこと

1.

 提出書類所定様式の「研究助成金申請書」に必要事項を記入し，


提出する．

機器・設備等の帰属
助成金により取得された機器・設備等は，原則として研究実施者

応募方法の所属する組織に帰属します．

2.

助成研究の成果の帰属
助成研究の成果として得られた特許等の知的財産権は，原則とし申請書の様式は，本会のホームページからダウンロードできます．
必要事項応募者，研究題名，研究分担者(共同研究者がある場て研究実施者に帰属します．

合)，予算(費目，金額)，研究目的(背景，必要性，意義，価値，

3.

予定，該当する分科，研究業績，金属学会での活動実績等
 作成要領「研究助成金申請書」に記載された作成要領に従って日本語(専門語等で部分的に外国語を使用することは可)で作成すること．申請書については，作成要領に明記されたページ数制限を遵守する
こと．制限ページ数を超えた申請は受け付けません．
 提出方法

作成した研究助成金申請書を， E mail の添付ファイルで提出して下さい．なお，ファイルは MSWord 形式として下さい．Fax
や紙での申請は受け付けません．
提出書類等は，採否にかかわらず返却しません．
【遵守事項】
研究助成金の交付を受ける際には，研究実施者(応募者および共助成研究の成果の公表等
成果報告は，この法人の会報およびホームページ上で一般の閲覧

成果活用の見込み等)，研究計画(実施計画，成果目標等)，報告に供します．

4.

申請書記載情報の取り扱い
申請書に記載された研究情報については，審査・選考以外の目的には一切使用しません．
また，個人情報については，本会外へは一切漏洩しません．

5. その他留意事項
 採否の事由は非公開とし，これに関する問い合わせにはお答えし◯ません．
 研究助成金の申請後，何らかの理由により研究を実施できないこ◯とが判明した場合，速やかに本会に報告すること．
問合・申請先申請書は下記 E mail アドレスに提出下さい． 2, 3
日過ぎても受理返信通知のない場合は，ご連絡下
さい．

同研究者)は，次の事項を遵守下さい．

(公社)日本金属学会フロンティア研究助成係

 助成研究は，あらかじめ本会に提出した助成研究実施計画に従っ◯Email: gaffair＠jim.or.jp

 022
2233685て実施すること．



本 会 記 事

公益社団法人日本金属学会フェロー推薦募集の案内
推薦締切
年月日(金)本会では，本会の代表的会員として，金属およびその関連分野における学術・科学技術・産業，教育・人材育成等に造詣の深い会員であって，自らが積極的に本会の事業に参画・活動することが期待されるものに対して日本金属学会フェローを授与いたます．下記の募集要項をご確認いただき，積極的にご推薦下さい．
募集要項[推薦方法]
推薦は，フェロー，理事，代議員，支部長，各種委員会委員長，維持員もしくは候補者と所属機関が異なる 3 名以上の正員による．
所定の推薦書に，必要事項を記入の上，提出する．
必要事項は以下の通り．
 候補者
 フェローの責務を果たすことの承諾および活動

注候補者本人の承諾を得た上，責務を果たすことの確認と果たすことができる責務・活動を記入する．果たすべき責務
は下記[責務]に示すとおり．
 候補者の略歴
 推薦タイトルとカテゴリー 業績や貢献の内容と推薦理由

 推薦者

[責務]
フェローを得た会員は，金属およびその関連材料分野を先導し，若手研究者・技術者の目標をなることを自覚し，当該分野の発展に一層寄与するとともに，本会の代表的会員として本会事業へ積極的に参画し，本会の目的の達成に率先して努力する責務を負うものとする．
フェローは次のいずれかの活動を行うものとする．
 若手研究者および若手技術者の啓発・人材育成まてりあへの入門講座・講義ノート・実学講座・新製品技術
裏話等の啓発記事の執筆
まてりあへの若手研究者・技術者を対象とした論文執筆のコ
ツ・テクニック・注意事項等の啓発記事の執筆
学校・企業等への出前講義等
 知識・技術の伝承
本会機関誌へのレビュー・オーバービュー・解説の執筆
教科書等の書籍の執筆
講演会・講座・セミナー・シンポジウム・チュートリアル講
演等の講師

フェローは必要に応じて，技術相談，論文執筆相談，機関誌の特集記事の企画提案，研究費申請相談の活動を行うものとする．
フェローは，当該年度の活動報告および次年度の活動計画を作成するものとする．
フェローは，本会正員として会費を支払うものとする．
注フェローとして活動するに際しては，本会の謝礼規程および旅費支給規程に従って謝礼や旅費の支払を受けることができるものとする．
[フェローの要件]
フェローの対象となる者は，フェローの責務を積極的に負える者であって，金属およびその関連分野における学術・科学技術・産業，教育・人材育成等に造詣の深い会員であること．
[フェローの数]フェローの人数は本会正員の 1を上限とする．
[審査・認定]フェローの選考は，フェロー選考委員会があたり，理事会で授与候補者を決定する．
授与を決定した者に，春期講演大会時に開催される表彰式でフェローを授与する．
授与者にはフェローの認定証書を贈呈する．
適切な候補者がいない場合は，その年度は授与しない．
[任期]
フェローの任期は 5 年とする．ただし，再任することができる．
フェローが本会会員でなくなったとき，あるいは名誉員や永年会員となった場合はフェローを返上するものとする．
フェローの責務を果たすことが困難等の理由で，本人から返上の申し出があったときは，フェローの称号の返上を認めるものとす
る．
申請先申請書(ホームページよりダウンロードして下さい)を下記
E mail アドレスに送付して下さい． 2, 3 日過ぎても受理
返信通知のない場合はご連絡下さい．
問合先(公社)日本金属学会 フェロー係
Email: gaffair＠jim.or.jp  0222233685

第回技術開発賞「新技術・新製品」記事募集

第回金属組織写真賞作品募集
応募締切
年
月日(金)

応募締切

年月日(金)

賞の名称
賞の対象

第43回公益社団法人日本金属学会技術開発賞
まてりあ「新技術・新製品」記事に掲載された記事が選考対象となります．

2020年 9 月の秋期講演大会
原稿問合先 まてりあ係 Email: materia＠jim.or.jp

表

彰

詳

細

まてりあ 8 号472頁 or ホームページ本会賞の募集

申込 URLhttps://gijyutsu.jim.or.jp/entry
技術開発賞の問合先(公社)日本金属学会各賞係
 0222233685

Email: award＠jim.or.jp

ま て り あ 第58巻 第10号(2019)
Materia Japan

賞の名称 第70回日本金属学会金属組織写真賞
募集部門「写真賞部門」
1. 光学顕微鏡部門
2. 走査電子顕微鏡部門(分析，EBSD 等を含む)
3. 透過電子顕微鏡部門(STEM, 分析等を含む)
4. 顕微鏡関連部門(FIM, APFIM, AFM, X 線 CT 等)
注光学顕微鏡と透過電子顕微鏡写真，走査電子顕微鏡と透過電子
顕微鏡写真等の組写真を応募する場合，応募者が最も適切と判断する部門を選択すること．
申込要領 応募は，下記 URL の申込フォームにより説明文を入力し，写真作品データを提出する．
【写真作品】
 写真データの解像度は，A2 版サイズを前提に400 dpi 以上とする．
◯
 写真データは PDF または画像ファイル( jpg など)で提出するこ◯と．(それ以外はプレビュー表示出来ない)
 写真と図の組み合わせでも提出は可(写真，図への挿入文字は小◯さすぎないこと)．
 作品には，応募者名，共同研究者名を記載しない．
◯
 応募作品数には制限を設けない．
◯
 他学協会等の同様の賞を受賞してない作品であること．
◯
詳
細 まてりあ 8 号473頁 https://picture.jim.or.jp/entry
送付・問合先 (公社)日本金属学会 金属組織写真賞係
 0222233685
Email: award＠jim.or.jp




.

問合先

公益社団法人日本金属学会 代議員選挙管理委員会

公益社団法人日本金属学会の年度代議員候補者の立候補者募集

事務局

斎藤

Email: gaffair＠jim.or.jp～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～
会長

乾

晴行

代議員の選挙を次の要領で実施しますので，代議員候補者の立候◇代議員選挙日程(予定)◇

2020年度の代議員選挙は2019年12月 1 日～12月31日を予定しております．

補を募ります．
なお， 2021 年度から代議員の全数を 2 年おきに改選することに改訂したことに伴い， 2020 年度選出の代議員の任期は 1 年となり
年度代議員に加えない方◎代議員候補者の対象に加えない方ます．
.

地区別および本部枠代議員候補者改選数
地

区

定員

非改選数(留任)

改選数
(新任)

北海道地区

3名

2名

1名

東北地区

10名

2名

8名

関東地区

37名

18名

19名

東海地区

11名

7名

4名

北陸信越地区

5名

3名

2名

関西地区

18名

8名

10名

中国四国地区

6名

3名

3名

九州地区

5名

2名

3名

下記の
年度留任代議員および期継続就任代議員の方は立候補できません(細則第)

北海道地区
北海道大学

三浦誠司

北海道大学

東北大学

田中俊一郎

東北大学

池田昌則

株 神戸製鋼所


枝川圭一

東京大学

遠藤裕寿

株
日立金属

王

株
日本冶金工業岡本和孝

株 日立製作所

川岸京子

物質・材料研究機構

葛巻

東海大学

児島明彦

株
日本製鉄

小林能直

東京工業大学齋藤哲治

千葉工業大学

篠嶋

妥

茨城大学

下条雅幸

芝浦工業大学地区別代議員の定員

高井健一

上智大学

高橋

聡

事業年度末の当該地区の居住の正員数を 40 で割り，端数を四捨

土谷浩一

物質・材料研究機構

堤

祐介

株 IHI

物質・材料研究機構

寺嶋和夫

東京大学

中尾

航

廣澤渉一

横浜国立大学藤居俊之

東京工業大学

づいて決定しています)藤田敏之

株東芝エネルギーシステムズ

船川義正

代議員の任期

御手洗容子

物質・材料研究機構

森田一樹

株
JFE スチール
東京大学

山口

大学改革支援・学位授与機構

山本知之

早稲田大学

植田茂紀

株
大同特殊鋼

岡本

小山敏幸

名古屋大学

斎藤尚文

産業技術総合研究所

西川友章

株
愛知製鋼

西野洋一

名古屋工業大学

前田千芳利

株トヨタ自動車三浦博己

豊橋技術科学大学

本部枠
総

計

4名

2名

2名

99名

47名

52名

五入して算出(細則第 3 条代議員定員)(各地区の選挙定員は2019年 2 月28日現在の会費納入正員数に基＊非改選定時社員総会の選任日( 2018 年 4 月 23 日)から， 2 回目に終了する事業年度に関する定時社員総会の終結まで．
＊＊改選定時社員総会の選任日(2019年 4 月23日予定)から，1回目に終了する事業年度に関する定時社員総会の終結
まで．

年
月日～
月日(当日消印有効)
立候補受付期間 

.
.




周

東海地区
力

株
日本製鉄

金沢工業大学

榊

和彦

信州大学

地区名，本部枠の区分を記載し，住所，氏名(押印)，勤務先お佐藤一則

長岡技術科学大学

福元謙一

福井大学

よび連絡先(TEL, FAX, Email)をご記入の上，上記期日まで

松田健二

富山大学

応募先

陽一

関西地区

〒980
8544 仙台市青葉区一番町 11432
御中」

本会ホームページの「情報公開」の「主要規程」に公開して次の方は代議員に立候補出来ません．

渥美寿雄

近畿大学

乾

岡崎喜臣

株 神戸製鋼所


金野泰幸

晴行

大阪府立大学

京都大学

河野佳織

株
日本製鉄

竹中俊英

関西大学

田中敏宏

大阪大学

林田隆秀

株
日鉄日新製鋼

山末英嗣

立命館大学

留任代議員( 2019 年度選任)，学生員，外国会員， 2020 年度

中国四国地区

会費未納者，会員資格停止中の者．本部枠代議員は，維持員

小林千悟

愛媛大学大学院

田中康弘

香川大学

から正員資格付与者として指名された正員以外の者．

陳

鳥取大学

森戸茂一

島根大学

九州大学

連川貞弘

熊本大学

株
大同特殊鋼

須齋京太

株
古河電気工業

代理人(本会の正員，本部枠代議員は維持員の連絡担当者に限る)が立候補を届出する場合は，代理人の住所，氏名(押印)，勤務先および連絡先( TEL, FAX, E mail )もご記入下

中春

九州地区
田中將己

さい．

本部枠




FAX や E mail などの文書以外の手段による届出は無効であり，受付けしません．

清水哲也




選挙投票用紙の立候補者名は受付け順に記載されます．



横浜国立大学

北陸信越地区ある「代議員選挙規程」を予めご承知願います．



徹

昆

岸

注意事項



関東地区

立候補応募方法

公益社団法人日本金属学会「代議員選挙管理委員会
.

東北地区
高梨弘毅

所定の用紙(ホームページにあります)の候補地区名等の欄に，に郵送下さい．
.

上田幹人

本 会 記 事

公益社団法人日本金属学会
年度の監事候補者の立候補者募集

公益社団法人日本金属学会の年度代議員選挙管理委員会委員募集

定時社員総会( 2020 年 4 月 24 日開催予定)で選任される監事の候
補者は，細則で立候補制で正員による選挙を実施することができる

2019年10月 1 日～10月25日(当日消印有効)
応募用紙(ホームぺージに公開します)に「日本金属学会

受付期間
応募方法

と定めており，監事選挙を次の要領で実施しますので，立候補希望の代議員選挙の選挙管理委員会委員に応募します」と記者は応募願います．なお， 2021 年度から 2 年おきに全数を改選す

載し，住所，氏名，勤務先および連絡先(TEL, Email)ることに改訂したことに伴い， 2020 年度選出の監事の任期は 1 年となります．

をご記入の上，郵送で上記期日までにご応募下さい．

3名〒9808544 仙台市青葉区一番町 114
32

募集人数
応 募 先

.

監事候補者選挙数名

.

監事候補者対象地区東北地区以外

.

任期定時社員総会の選任日( 2020 年 4 月 24 日予定)から， 1

公益社団法人日本金属学会「代議員選挙管理委員会」
問合せ先

公益社団法人日本金属学会
事務局

斎藤

代議員選挙管理委員会

Email: gaffair＠jim.or.jp

回目に終了する事業年度に関する定時社員総会の終結まで．

若手研究グループ集会

監事の職務および権限(定款第25条)

.

第 25 条監事は，理事の職務の執行を監査し，法令で定めると
若手研究グループ No.03

ころにより，監査報告を作成する．

2 監事は，いつでも，理事および使用人に対して事業の報告を求め，この法人の業務および財産の状況の調査をすることができる．

3 監事は，理事会に出席し，必要があると認めるときは，意見を述べなければならない．

第回若手研究グループ「多様な先端観察・測定法を用いた組織の定量と力学特性解析への適用」

4 監事は，理事が不正の行為をし，若しくはその行為をするおそれがあると認められるとき，又は法令若しくは定款に違反す

なる高度化とその適用範囲の拡大が進められています．本研究会でる事実若しくは著しく不当な事実があると認めるときは，これは，構造用材料に対して各手法を相補的に適用し，新たなシナジー

を理事会に報告しなければならない．

効果を創出する為の基礎指針の確立を検討しています．第 4 回研

5 監事は前号の報告をするため必要があるときは，会長に理事会の招集を請求することができる．ただし，その請求があった日から 5 日以内に，2 週間以内の日を理事会とする招集通知が現在，各種先端観察・測定法が開発され，それぞれの分野でさら究会では，新規材料での測定結果の報告やまとめを行います．また，今後の連携について議論し，研究グループの活動を総括します．参加ご希望の方は下記までお申込み下さい．

発せられない場合は，直接理事会を招集することができる．

6 監事は，理事が社員総会に提出しようとする議案，書類その他法令で定めるものを調査し，法令若しくは定款に違反し，又日時 年月日(月)～(幹事会)，

は著しく不当な事項があると認めるときは，その調査の結果を

場

所



～(研究会，受付開始)社員総会に報告しなければならない．

7 監事は，理事がこの法人の目的の範囲外の行為その他法令若
しくは定款に違反する行為をし，又はこれらの行為をするおそプログラム

れがある場合において，その行為によってこの法人に著しい損14 : 00～14 : 10

害が生ずるおそれがあるときは，その理事に対し，その行為を

やめることを請求しなければならない．

14 : 10～15 : 108 監事は，監事に認められた法令上の権限を行使することがで
きる．
.

年
月日～
月日(当日消印有効)
立候補受付期間

.

立候補応募方法

挨拶・研究会趣旨説明

応力遮蔽効果に基づく理解(60)



座長

招待講演
結晶粒径，固溶原子，析出粒子の影響(60)
兵庫県立大工 足立大樹

御中」

注意事項

16 : 30～17 : 25

 立候補届出時に 2020 年度正員会費を納入していない正員の届
◯

座長

高田尚記




X 線ラインプロファイル解析による高炭素マルテンサイト鋼
九大工 増村拓朗の転位密度解析(30)

極低炭素鋼におけるリューダース変形の 2 方向観察(25) 監事候補者は東北地区以外が対象です．
◯

弘前大理工 紙川尚也

出は無効になります．
 郵送以外の FAX や E◯mail での届出は無効です．

17 : 30～19 : 00

 選挙投票用紙の立候補者名は受付順に記載します．
◯



問合せ先公益社団法人日本金属学会

座長

宮嶋陽司

総合討論

監事選挙係

(gaffair＠jim.or.jp)◇監事選挙日程(予定)◇

2020年度の監事選挙は2019年12月 1 日～12月31日を予定しておりますので，ご承知おき願います．

ま て り あ 第58巻 第10号(2019)
Materia Japan九大工 田中將己

宮澤知孝

アルミニウム合金の引張変形中における転位密度変化に及ぼすEmail)をご記入の上，上記期日までに郵送下さい．
. 応募先〒980
8544 仙台市青葉区一番町 11432

.

金沢大理工 宮嶋陽司

古賀紀光

低炭素鋼マルテンサイト鋼で見られる低温焼き戻し脆性とその補者」と記載し，住所，氏名(押印)，勤務先および連絡先(TEL,

公益社団法人日本金属学会「監事選挙管理係

座長

招待講演

15 : 20～16 : 20

所定の用紙(ホームページにあります)に「日本金属学会監事立候.

プロム松山市駅前 3 会議室(〒 720 0012 松山市湊町 4 112 第 7 コートエルビル 2F  0899410033)
アクセス 伊予鉄環状線松山市駅東 徒歩 1 分

企画責任者

宮嶋陽司(金沢大)，宮澤知孝(東工大)

参加費

無料

申込・問合先 月日(金)までに Email にて氏名・所属・電話番号・メールアドレスを明記してお申し込み下さい．

Email: miyazawa.t.ab＠m.titech.ac.jp座長松木一弘(広島大)支部行事

13 : 10～13 : 50

北陸信越支部令和元年度総会・連合講演会
開催のご案内Bi 系高温鉛フリーはんだの開発とサーキュラーエコノミーへの展
神戸大大学院経営学 末次憲一郎
開座長崔龍範(広島大)13 : 50～14 : 30

令和元年度日本金属学会北陸信越支部・日本鉄鋼協会北陸信越支

高温構造用材料への応用のためのセラミックス基複合材料の展開
東義科学大 李部総会・連合講演会を開催いたしますので，ご案内申し上げます．

文熙

10分―
座長杉尾健次郎(広島大)―休憩日時 年月日(土) ～

場

所

五十嵐キャンパス(新潟市西区五十嵐 2 の町

新潟大学8050)総合教育研究棟
日14 : 40～15 : 20

核融合エネルギーの実現に向けた一歩ITER 用の材料
韓国国家核融合研究所 金程

9 : 00～ 9 : 05

開会挨拶

9 : 10～12 : 00

一般講演

15 : 20～15 : 40

13 : 00～13 : 15

支部総会

参加申込

13 : 15～14 : 00

本多光太郎記念特別講演(TEL・Email アドレス)を下記までお知らせ下さい．
無料

参 加 費

14 : 10～17 : 00

一般講演

申込・問合先17 : 30～19 : 30

懇親会 新潟大学生協第一食堂

正会員

講演申込締切

閉会挨拶

で，月日(木)迄に E mail で氏名・所属・連絡先

日本金属学会フェーロー 名城大理工 特任教授 新家光雄

懇親会会費

総合討論

当日参加も大歓迎ですが，人数を把握したく思いますの

力学的生体適合性に着目した骨代替インプラント構成材料

参加費(概要集代含む)

思雄

座長佐々木元(広島大)崔龍範(広島大学

大学院工学研究科)

FAX 0824245752%
Email: ybchoi＠hiroshimau.ac.jp

2,000円(正会員，学生会員ともに)2,000円

4,500円，学生会員
2019年10月11日(金)2019年10月21日(月)http://jimisijhs2019.sakura.ne.jp/ から受付．
PDF ファイルにて提出．

講演概要提出締切
概要提出先

ファイル名は第一著者のローマ字のフルネーム

kinzoku tarou.pdf
第一著者の講演が 2 件以上のときは，kinzoku tarou2.
pdf のようにファイル名の後に番号を付けて下さい．
参加登録締切 年月日(水)※当日も受付しますが，可能な限り事前登録をお願いします．
年月日(水)懇親会参加申込締切 

http://jimisijhs2019.sakura.ne.jp/ より申込下さい．
＊連合講演会の詳細・最新情報もこの Web ページに掲載しますので是非ご覧下さい．

申込方法

問合先

〈公募類記事〉
無料掲載募集人員，締切日，問合先のみ掲載．
有料掲載1/4頁(700～800文字)程度．
「まてりあ」とホームページに掲載15,000円＋税ホームページのみ掲載
10,000円＋税〈その他の記事〉 原則として有料掲載．
原稿締切・掲載号毎月 1 日締切で翌月号 1 回掲載
原稿提出方法電子メールと FAX 両方(受け取りメールの確認をして下さい)原稿送信先%FAX 0222236312 Email : materia＠jim.or.jp

集

会

〒950
2181 新潟市西区五十嵐 2 の町8050
新潟大学理学部化学科◇レアメタル研究会◇

大鳥範和

/%
FAX 0252626212■主Email: committee＠jimisijhs2019.sakura.ne.jp■主 宰 者

東京大学生産技術研究所 教授■協力(一財)生産技術研究奨励会(特別研究会 RC40)■共催

東京大学マテリアル工学セミナー催

レアメタル研究会
岡部徹

レアメタルの環境調和型リサイクル技術の開発研究会

第回材質制御研究会「利用する環境を考慮した材料開発の最新動向」

東京大学生産技術研究所 持続型エネルギー・材料統合研究センター
東京大学生産技術研究所 非鉄金属資源循環工学寄付

利用する環境によって材料特性および耐久性は大きく変化する．
特に温度は材料の相安定性に影響を与え，材料特性および耐久性を■協賛維持するためには利用する温度での相安定性を考慮した材料開発が■開催会場

研究部門(JX 金属寄付ユニット)(公社)日本金属学会他

An 棟 2F コンベンショ〒1538505 目黒区駒場 461

東京大学生産技術研究所必要である．また，原子炉・核融合炉のように照射損傷が起こる環

ンホール

境では耐照射性を考慮した材料開発が必要である．本研究会では，(最寄り駅駒場東大前，東北沢，代々木上原)

利用する環境を考慮した材料開発の最新動向について情報を提供す
る． (企画世話人

広島大 松木一弘

佐々木元

杉尾健次郎

崔龍範)

https://www.iis.utokyo.ac.jp/ja/access/■参加登録・問合せ
岡部研

共

催

マルチマテリアル化を指向した革新的製造プロジェクト研

日時 年月日(月) ～

場

所

レアメタル研究会事務担当

宮嵜智子(okabelab＠iis.u
tokyo.ac.jp)

究センター
広島大学工学部 A1141会議室(〒7398528 東広島市鏡山141)
プログラム
13 : 00～13 : 10



開会の挨拶

2019年度 レアメタル研究会のご案内(予定) (2019.8.7現在)■第88回 2019年11月15日(金)(2019年度 第 3 回)
★チタン関係シンポジウム★(合同開催)(関連シンポジウム寄付ユニット特別シンポジウム

広島大大学院工 松木一弘

11月28日(木))本 会 記 事

■第89回

2020年 1 月10日(金)(2019年度 第 4 回)

チタンに関する最近の話題(仮)(30分)

鉄門記念講堂＠本郷

■第90回

徹

講師

研究員 渡邊光太郎

講師(一社)日本チタン協会コンサルタント 伊藤喜昌

講師

東京大学生産技術研究所★貴金属シンポジウム(第 6 回)＋新年会★(合同開催)

2020年 3 月 6 日(金)(2019年度

教授 岡部ロシアにおけるチタン事情(仮)(40分)

最終回)(一社)ロシア NIS 貿易会

中国におけるチタン事情(仮)(40分)
令和元年度

レアメタル研究会のご案内(2019.8.7現在)

大阪チタニウムテクノロジーズの過去，現在，未来，そして私の■第88回

2019年11月15日(金)1400～ An 棟 2F
★チタン関係シンポジウム★(合同開催)

コンベンションホール

夢(仮)(40分)
株式会社

テーマチタンの過去，現在，未来，そして私の夢

大阪チタニウムテクノロジーズ

時

間午後 200～

ポスター発表者によるショートプレゼン(希望者)

講演

午後 630～

ポスター発表兼東邦チタニウム株式会社

チタン事情(仮)(40分)

代表取締役社長 西山佳宏

講師

日 本 金 属 学 会 誌 掲 載 論 文Vol. 83, No. 10（2019）

高田

健

高橋

淳

木下惠介

講師

(An 棟 2F

ホワイエ)

＊レアメタル研究会ホームページ＊

https://www.okabe.iis.utokyo.ac.jp/japanese/rc40_ j.html

Charged Domain Walls and Crystallographic
Microstructures in Hybrid Improper Ferroelectric
Hiroshi Nakajima, Koji Shigematsu,
Ca3－xSrxTi2O7
Yoichi Horibe, Shigeo Mori and Yasukazu Murakami―論
文―
低炭素鋼における焼入れ後の 50 °C 時効に伴う炭素の存在状態と機械的性質の変化
潮田浩作

部長

講師

アドバンストマテリアルジャパン株式会社
代表取締役社長 中村繁夫

誠

研究交流会・意見交換会

東邦チタニウム株式会社の過去，現在，未来，そして私の夢(仮)
(40分)

技術部

生産技術開発グループ長 山口

兼

澤田英明

電析 Zn 鋼板の Zn と Fe の結晶方位関係に及ぼす鋼
今谷祐貴 大上 悟 小林亜暢
板表面性状の影響

In-Situ Electric Field Observation of Small
Precipitates in BaTiO3 Multilayer Ceramic CapaciNaoyuki Kawamoto, Hiroyuki Ono,
tors
Yasuhiro Terasaki, Yoshinori Fujikawa,
Yasukazu Murakami and Daisuke Shindo

中野博昭

Electron Holography Study of Secondary Electron
Distribution around Charged Epoxy Resin

Ni 基耐熱合金への拡散バリアコーティングの形成と齋藤 繁 林 重成 成田拓郎
サイクル酸化特性

Takafumi Sato, Naoya Tsukida, Mitsuaki Higo,
Hideyuki Magara, Zentaro Akase, Daisuke Shindo andNobuhiko Ohno

高橋武寛

加藤泰道

大塚元博

後藤靖人

荒

真由美

成田敏夫

Al-Cu-Mg 3 元系状態図の熱力学的解析
林

直宏

中島一喜

榎木勝徳

大谷博司

浸炭焼入れした SAE4320鋼の転動疲労に伴うホワイ
金谷康平 潮田浩作
トバンド形成のメカニズム

Materials Transactions 掲載論文
Vol. 60, No. 10（2019）―Overview―
The Effect of Severe Plastic Deformation on Thermoelectric Performance of Skutterudites, HalfHeuslers and Bi-Tellurides
Gerda Rogl, Michael J. Zehetbauer and Peter F. Rogl

Interphase Precipitation and Application to PracYoshimasa Funakawa
tical Steels―Special Issue on Development and Applicationof Advanced Electron Microscopy Techniques forMaterials Science―
Electron Vortex Beams and Their Control
Ken Harada, Teruo Kohashi and Masanari Koguchi

Effects of Dynamical Electron Diffraction on
Phase Shift Detected by Electron Holography
Zentaro Akase and Daisuke Shindo―Regular Article―
Microstructure of Materials

Microstructural Evolution of Vacuum Die-Cast
AZ91D Magnesium Alloy during Solution TreatQingliang Wang, Yi Han and Shoumei Xiong
ment
A Novel Composite from Nanodispersed Silica andan Organic Ferroelectric of Diisopropylammonium
Bromide: Preparation, Characterization and Dielectric Properties
Bich Dung Mai, Hoai Thuong Nguyen and
Duc-Quang Hoang
Mechanics of Materials

Bendability of Weld Metal ―Development of Application Technology of Tailor-Welded Blanks 1st
Masahiro Saito, Yoshiaki Nakazawa,
Report―Kenichiro Otsuka, Masanori Yasuyama,
Masatoshi Tokunaga and Tohru Yoshida

Microstructure and Mechanical Properties ofA7075 Alloy with Additional Si Objects Fabricatedby Selective Laser Melting
Yuki Otani, Yuji Kusaki, Kazuyuki Itagaki andShinya Sasaki

ま て り あ 第58巻 第10号(2019)
Materia JapanIn-Situ Observation and Acoustic Emission
Monitoring of the Initiation-to-Propagation Transition of Stress Corrosion Cracking in SUS420J2
Kaige Wu, Fabien Briffod, Kaita Ito,
Stainless Steel

Fabrication and Morphological Control of NiBased Nanowires by Self-Assembled Solution SynSatoshi Tsukuda and Takahisa Omata
thesisIppei Shinozaki, Pornthep Chivavibul and Manabu Enoki

Phase Formation of a Solid-Liquid Mn
Ga Diffusion Couple under a Magnetic Field

Anisotropy of Tensile and Fracture Behavior ofPure Titanium after Hydrostatic Extrusion

Yumi Watanabe, Toshiaki Hagio, Ryota Kobayashi,
Yoshifuru Mitsui and Keiichi Koyama

E.C. Moreno-Valle, W. Pachla, M. Kulczyk, I. Sabirov andA. Hohenwarter

Distribution of Alloying Quadrivalent Zirconium
in TiO2－x Magn àeli Phase
Takeshi Teramoto, Yutaka Takai, Hiroki Hashiguchi,
Eiji Okunishi and Katsushi Tanaka

Materials Processing

Mechanical Properties of Titanium Diboride Sintered with Iron Aluminide Additive

Effect of Nb Addition on Oxide Formation on
Yuya Ogawa and Eri Miura-Fujiwara
Ti－xNb Alloys

Masashi Yoshida
Engineering Materials and Their Applications

Very High-Cycle Fatigue and High-Cycle Fatigueof Minor Boron-Modified Ti
6Al
4V Alloy

Effects of Surface Vanadium Species on the
Hydrogen Permeability through Vanadium Membrane without Palladium-Catalyst Overlayer

Masuo Hagiwara, Tomonori Kitashima, Satoshi Emura,
Satoshi Iwasaki and Mitsuharu Shiwa

Yuya Shirasu, Tomonori Nambu, Kaori Omata,Hiroshi Yukawa and Yoshihisa Matsumoto

Environment

The Improvement of Platinum Recovery Ratio in
the Recycling Process Using ``Dry Aqua Regia''

In-Field Heat Treatment Effect on Nitridation ofMasahira Onoue, Ryota Kobayashi,
Sm2Fe17

Akihiro Yoshimura and Yasunari Matsuno

Yoshifuru Mitsui, Rie Y. Umetsu, Yoshiya Uwatoko andKeiichi Koyama―Technical Article―
Simulation of Microstructure Evolution during
Static Recrystallization of Ultrafine-Grained PuriXiang Ji and Ren Li
ty Copper

Vanadium Hydride as Conversion Type Negative
Electrode for All-Solid-State Lithium-Ion-Battery
Yasuhiro Matsumura, Keiji Takagishi, Hiroki Miyaoka and
Takayuki Ichikawa

まてりあ［受賞者紹介］［金 属 素 描］No. 6 マグネシウム
特集「金属および酸化物の高温融体物性」

Announcement

第巻

第号

予告

［講義ノート］焼結の基礎―理論的背景から実際まで― 焼結緻
密化の速度論― ……………………………吉田英弘―他――編集の都合により変更になる場合がございます―(2019年 7 月23日～2019年 8 月20日)

正

員

川上
城戸

遼
修

愛知製鋼株式会社

学

生

員

尾上
尊
妹尾和樹

JFE テクノリサーチ株式会社

松本
修
三好崇夫

株式会社コベルコ科研
虹技株式会社

大阪府立大学
神戸大学

外国一般会員Febry Muhammad

JFE スチール株式会社

外国学生会員Yan Han

Hunan university

本 会 記 事

行
開催日

事

カ

名称・開催地・掲載号


年月
第 10 回社会人のための表面科学ベーシック講座
3～4(東京理科大)主催

ンダー 太字本会主催(ホームページ掲載)
問合先

日本表面真空学会 TEL 033812
0266 office＠jvss.jp
https://www.jvss.jp/
日本金属学会関東 nakaya＠wood3staff.t.u
tokyo.ac.jp
支部

締切

9.26

9.2



関東支部

6

2019 年度秋期第 74 回学術講演会「先端技術・材料にフォーカスした矯正歯科治療のさらなる可能性を探る」(長崎大)

日本歯科理工学会 TEL 033947
8891
gakkai30＠kokuhoken.or.jp

7

第 29 回学生による材料フォーラム開催のお知ら
せ(名大)

東海支部

名古屋大学大学院工学研究科マテリアル工学専攻内日本金属学会・日本鉄鋼協会東海
支部事務局

9.13

7

2019年度溶接工学専門講座(大阪)

定員
50名

9 ～11

ADMETA Plus 2019(Advanced Metallization
Conference 2019: 29th Asian Session)(東大)
第38回電子材料シンポジウム(EMS38)(橿原)TEL 0358254073 jwsinfo＠tg.rim.or.jp
http://www.jweld.jp/
ADMETA 委員会・ TEL 0368015685
吉田
jimukyoku＠admeta.org
電子材料シンポジ TEL 082
4247649
ウム運営・実行委 ytominag＠hiroshima
u.ac.jp
員会
http://ems.jpn.org/
日本鉄鋼協会TEL 0336695933
educact＠isij.or.jp
https://www.isij.or.jp/mun6c7d2k
SAMPE JAPAN http://www.sampejapan.gr.jp/jisse/jisse16/

9 ～11

工場見学会(さいたま)(号
頁)

レ

溶接学会

10

第239回西山記念技術講座
資源・環境・エネルギー問題から見た製銑技術の進歩と今後の展開(早稲田大)

10～11

JISSE16 (16th Japan International SAMPE
Symposium and Exhibition) Satellite Meeting:Symposium on bioinspired design of advanced
materials: active and sensing materials, energy
harvesting materials, micronanosoftrobotics
and hierarchical composite designs in Honor of the75th Birthday of Prof. Minoru Taya(東京理科大)11第 80 回技術セミナー Q & A で学ぶ電子機器・部品の腐食評価と防食技術(東京)

腐食防食学会年秋季講演会(大分)(号
頁)

11

第38回エレクトロセラミックスセミナー「超音波周辺技術とその展開」(川崎)12～13

第70回塑性加工連合講演会(習志野)

日本金属学会九州 TEL 0975532282
支部
yokoi.47n.tatsuo＠jp.nipponsteel.com
日本セラミックス TEL 033362
5231
協会電子材料部会 eseminar＠cersj.org
日本塑性加工学会 http://www.jstp.jp/

15

第 3 回 EBSD 法による損傷評価講習会

日本材料学会

15～16

第 7 回フラクトグラフィ講習会(京都)

日本材料学会

15～18

第 5 回材料 WEEK(京都)日本材料学会16

日本材料学会(京都)

17～18

第35回初心者のための疲労設計講習会(京都)

日本材料学会18

第 16 回 機械・構造物の強度設計，安全性評価に関するシンポジウム(京都)日本材料学会18～19

第 81 回塑性加工技術フォーラム「プレス自動化に向けた計測・搬送技術の最新動向」(諏訪圏工業メッセ見学および記念講演聴講付き)(諏訪)日本塑性加工学会 http://www.jstp.or.jp他

19

日本機械学会関東支部山梨講演会(山梨大)

日本機械学会関東 TEL 055
2208445
支部
tsuyoshis＠yamanashi.ac.jp
http://society.me.yamanashi.ac.jp/jsme/
2019/

19～20

日本銅学会第59回講演大会(関西大)

日本銅学会

20～25

第 12 回新物質及び新デバイスのための原子レベ
ルキャラクタリゼーションに関する国際シンポジ
ウム(京都)

日 本 学 術 振 興 会 alc19＠alc.jsps141.org
マイクロビームアナリ https://alc.jsps141.org/alc19

第回材質制御研究会「利用する環境を考慮した材料開発の最新動向」(広島大)(本号頁)

23～25

第 9 回構造物の安全性・信頼性に関する国内シンポジウム(東京)23～25

第60回高圧討論会(札幌)24～25

第51回溶融塩化学討論会(北大)27～11.1

The 13th Pacific Rim Conference of CeramicSocieties(PACRIM13)(沖縄)

日本金属学会中国 FAX 082
4245752
四国支部
ybchoi＠hiroshimau.ac.jp
日本学術会議TEL 0757615321
jimu＠jsms.jp
日本高圧力学会
TEL 07055453188
touronkai60＠highpressure.jp
http://www.highpressure.jp/new/60forum/
電気化学会溶融塩 072751
9426 mscj＠electrochem.jp
委員会
http://msc.electrochem.jp/touron.html
日本セラミックス TEL 033362
5231 jimask＠cersj.org
協会
http://www.ceramic.or.jp/pacrim13/

腐食防食部門委員会第 330回例会

ま て り あ 第58巻 第10号(2019)
Materia Japan

日本材料学会9.20

TEL 0338151161
naito1130033＠jcorr.or.jp
https://www.jcorr.or.jp/

TEL 0757615321 jimu＠jsms.jp
http://www.jsms.jp/
TEL 0757615321 jimu＠jsms.jp
http://www.jsms.jp/

定員
150名

8.23
10.1

TEL 0757615321 jimu＠jsms.jp
http://www.jsms.jp
TEL 0757615321 jimu＠jsms.jp
http://www.jsms.jp/
TEL 0757615321 jimu＠jsms.jp
http://www.jsms.jp/
design16＠jsms.jp jimu＠jsms.jp
http://www.jsms.jp/

定員
36名
講演
7.1
定員
70名

TEL 0368030587
dougakkai＠copperbrass.gr.jp
https://www.copperbrass.gr.jp/

シス第141委員会

参加
10.17

講演
7.9




開催日

名称・開催地・掲載号

28～30

第40回日本熱物性シンポジウム(長崎)30～11.1

第48回結晶成長国内会議(JCCG48)(阪大)

主催

問合先

締切

TEL 0357342435 jstp＠op.titech.ac.jp
http://jstpsymp.org/symp2019/index.html
日本結晶成長学会 TEL 070
50473339 jccg48＠jacg.jp
http://www.jacg.jp/jp/event/conference.
html

事前参加
8.30

TEL 0352265191
https://www2.jspe.or.jp/
TEL 0335380232
http://www.jilm.or.jp/

定員
80名
参加予約
9.30

日本熱物性学会
年月
第405回講習会 加工変質層を極める―加工変質
1
層の基礎から評価・利用まで(東理大)

精密工学会

1～3

軽金属学会第137回秋期大会(東京農工大)

軽金属学会

1～4

The 14th International Symposium on Advanced 日本実験力学会
Science and Technology in Experimental
Mechanics(つくば)TEL 0253689310
officejsem＠clg.niigatau.ac.jp
http://jsem.jp/

52019 年度溶接工学企画講座 ～「建築鉄骨を支える最近の溶接技術」～(東京)溶接学会

TEL 0358254073
jwsinfo＠tg.rim.or.jp
http://www.jweld.jp/

6

日本希土類学会第37回講演会(横浜)日本希土類学会

10.16

6

第240回西山記念技術講座
資源・環境・エネルギー問題から見た製銑技術の進歩と今後の展開(大阪)6～7

表面科学セミナー2019「実践 マテリアルイン
フォマティクス 実際の作業を通して身につける材料データ科学」(阪大)TEL 0668797352
kidorui＠chem.eng.osakau.ac.jp
http://www.kidorui.org/lecture.html
日本鉄鋼協会TEL 0336695933
educact＠isij.or.jp
https://www.isij.or.jp/mun6c7d2k
日本表面真空学会 TEL 033812
0266 office＠jvss.jp
https://www.jvss.jp/

7

第239回塑性加工技術セミナー「複雑変形の塑性と損傷―単軸引張からの脱却―」(名工大)日本塑性加工学会 http://www.jstp.or.jp

定員
50名



第回 ヤン グメ タラジ スト 研究 交流会 (川 崎)
(号
頁)

日本金属学会関東 https://forms.gle/nhuE3Phr2zw36ASa7
支部



微小領域の力学特性評価とマルチスケールモデリ
ング(軽井沢)(号頁)



金属学会シンポジウム「ハイエントロピー合金の材料科学」（東京）(号
頁)

日本金属学会研究 https://www.nims.go.jp/group/sdg/
会 No. 82
micromechjim/
日本金属学会TEL 0222233685 FAX 0222236312
meeting＠jim.or.jp

14～15

第 16 回ノートパソコンで出来る原子レベルのシ
ミュレーション入門講習会～分子動力学計算と電子状態計算～(大阪)日本材料学会14～15

第36回初心者のための疲労設計講習会(広島)15

第48回 薄膜・表面物理 基礎講座
界面物理と摩擦の科学～ナノトライボロジー入門～(東京理科大)TEL 0757615321 jimu＠jsms.jp
http://www.jsms.jp/
応 用 物 理 学 会 薄 TEL 033828
7723 igarashi＠jsap.or.jp
膜・表面物理分科 http://www.jsap.or.jp/
会

15

第 88 回レアメタル研究会(東大生産技研)(本号
586頁)




第回日本金属学会東北支部研究発表大会「 21世紀を支える構造材料」(名取)(号頁)

11～14

NACE EAP Conference 2019
術(横浜)

17～22
18

国 際 ガ ス タ ー ビ ン 会 議 2019Tokyo ( IGTC2019
Tokyo)(東京)
実用表面分析セミナー2019(神戸大)18～192019年度溶接入門講座(岡山)日本表面真空学会 http://www.sssj.org/Kansai/kansai_ jitsuyou22.
関西支部
html
溶接学会
TEL 0358254073
jwsinfo＠tg.rim.or.jp
http://www.jweld.jp/

20～22

第19回破壊力学シンポジウム(福島)日本材料学会21～22

電気加工学会全国大会(2019)(金沢大)電気加工学会22

第 22 回ミレニアム・サイエンスフォーラム(東京)

ミレニアム・サイエンス・フォーラム

第回若手研究グループ「多様な先端観察・測定法を用いた組織の定量と力学特性解析への適用」(松山)(本号
頁)

25～27

第 40 回 超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム(明大)日本金属学会・若 miyazawa.t.ab＠m.titech.ac.jp
手研究グループ
No. 03
超音波エレクトロ TEL 042
4435166 h.nomura＠uec.ac.jp
ニクス協会

25～27

EcoDesign 2019国際会議(横浜)

26～27

第29回



腐食科学と防食技

傾斜機能材料シンポジウム(大阪大)

事前
10.28

0757615321 jimu＠jsms.jp
http://www.jsms.jp

日本材料学会

レアメタル研究会 TEL 035452
6314
tmiya＠iis.utokyo.ac.jp
https://www.okabe.iis.utokyo.ac.jp/
japanese/rc40_ j.html
日本金属学会東北 TEL 0223810378
支部
jim.tohoku2019(at)gmail.com

NACE EAP

定員
50名

11.1
定員
100名

講演
10.5
参加
11.11

http://www.nacetokyosection.org/

日本ガスタービン http://www.gtsj.org/english
学会

定員
80名

TEL 0757615321 jimu＠jsms.jp
http://www.jsms.jp/
TEL 0538450127 goto.akihiro＠sist.ac.jp
http://www.jseme.or.jp
TEL 0367328966 msf＠oxinst.com
http://www.msforum.jp/

エコデザイン学会 ecodesign2019_secretariat＠ecodenet.com
連合他
http://ecodenet.com/ed2019/
傾斜機能材料研究 fgms2019＠jwri.osakau.ac.jp
会
http://www.fgms.net/?p＝1722

11.15

講演
8.9

11.1

本 会 記 事

開催日

名称・開催地・掲載号

主催

問合先

26～28

第45回固体イオニクス討論会(九大)日本固体イオニク TEL 092
8026711
ス学会
atakagak＠cstf.kyushuu.ac.jp
http://www.cstf.kyushuu.ac.jp/～ishihara
lab/ionics/


～


第回 材料機能特性のアーキテクチャー研究会(＠南紀白浜)開催のご案内(号
頁)

27

産業技術総合研究所エネルギー・環境シンポジウ
ムシリーズ エネルギー技術シンポジウム 2019
エネルギー材料開発・エネルギーシステム評価のための先端計測技術(東京)TEL 0527893366 anaka＠nagoyau.jp
http://j3www.materia.titech.ac.jp/
mishimakimura/architecture.html
産業技術総合研究 TEL 029
8617247
所

28

第71回白石記念講座 地震と鋼材―阪神・淡路大震災から25年を過ぎて―(東京)第52回安全工学研究発表会(長岡)

日本金属学会
研究会 No. 81

締切

10.11

28～29
28～30

粉末冶金基礎・実用講座(京都工芸繊維大)TEL 0336695933 educact＠isij.or.jp
https://www.isij.or.jp/mu8ne0d9y
安全工学会
TEL 0362062840 jsse2004＠nifty.com
https://www.jsse.or.jp
粉体粉末冶金協会 TEL 075
7213650 info＠jspm.or.jp

第46回炭素材料学会年会(岡山大)炭素材料学会29

関西支部第 21 回塑性加工基礎講座「塑性加工シ
ミュレーションに役立つ基礎知識」(同志社大)29～30

日本顕微鏡学会第62回シンポジウム(さいたま)

北陸信越支部 令和元年度総会・連合講演会(新潟大)(本号頁)

日本塑性加工学会 TEL 090
92800383
11.15
関西支部
kansosei＠mail.doshisha.ac.jp
日本顕微鏡学会
TEL 0364575156
jsmpost＠microscopy.or.jp
http://www.microscopy.or.jp/sympo/62nd/
entry.shtml
日本金属学会北陸 TEL/FAX 0252626212
懇親会参加
信越支部
committee＠jimisijhs2019.sakura.ne.jp
11.20

28～29


年月溶接構造シンポジウム 2019 「デジタル技術が拓
3～4く溶接構造化技術の革新」(阪大)

5～6

2019年度磁性流体連合講演会(名古屋)

6

第23回生体関連セラミックス討論会(北大)10～14

日本 MRS 創立30周年記念国際会議(横浜)11

第406回講習会日本が誇る精密計測・計測標準の真髄 ―精密計測の基礎・基本・ノウハウから最先端の計測標準，精密加工計測まで―(上智大)19

電気加工学会

電解加工講習会(静岡理工大)


年月
第58回 セラミックス基礎科学討論会(愛知)
9 ～10

10

第89回レアメタル研究会(東大(本号586頁)

28～29

第27回超音波による非破壊評価シンポジウム(東
京)

28～29

第 26 回『エレクトロニクスにおけるマイクロ接合・実装技術」シンポジウム(横浜)

鉄門記念講堂)
年月
第90回レアメタル研究会(東大生産技研)
6(本号586頁)

8 ～11

COMPSAFE2020 (第 3 回安心・安全・環境に関する計算理工学国際会議)(神戸)


～


日本金属学会春期講演大会(東京工業大学大岡山
キャンパス)(東京)

日本鉄鋼協会

溶接学会溶接構造 TEL 035825
4073
研究委員会
s_kogure＠tt.rim.or.jp
http://www.jwri.osakau.ac.jp/～conf/wmd2019/
磁性流体研究連絡 TEL 052
7357542
会
jsmfr＠jsmfr.on.arena.ne.jp
http://jsmfr.on.arena.ne.jp/jsmfr2019.html
日本セラミックス http://www.ceramic.or.jp/bseitai/symposium/
協会
23th_Symp.html
日本MRS
TEL 0452638538
info_mrm2019＠jmru.org
https://mrm2019.jmru.org
精密工学会
TEL 0352265191
https://www2.jspe.or.jp/
電気加工学会

定員60名

TEL 0538450127 goto.akihiro＠sist.ac.jp
http://www.jseme.or.jp/

日本セラミックス funntai＠crl.nitech.ac.jp
協会基礎科学部会 http://www.ceramic.or.jp/bkiso
レアメタル研究会 TEL 035452
6314
tmiya＠iis.utokyo.ac.jp
https://www.okabe.iis.utokyo.ac.jp/
japanese/rc40_ j.html
日本非破壊検査協 TEL 035609
4015 http://www.jsndi.jp/
会
nakamura＠jsndi.or.jp
スマートプロセス TEL 066878
5628 mate＠spsmste.jp
学会他
http://spsmste.jp/mate2020/src/

事前
12.20

レアメタル研究会 TEL 035452
6314
tmiya＠iis.utokyo.ac.jp
https://www.okabe.iis.utokyo.ac.jp/
japanese/rc40_ j.html
COMPSAFE2020 secretary＠compsafe2020.org
実行委員会
http://www.compsafe2020.org
日本金属学会TEL 0222233685 FAX 0222236312
annualm＠jim.or.jp


年月
29～7.3
PTM2020(8th International Conference on Solid 中国金属学会
Solid transformations in Inorganic Materials)(中国西安)年月
19～22
The 8th conference of Crystal Growth and Crystal アジア結晶成長おTechnology (CGCT8)第 8 回アジア結晶成長・結 よび結晶技術学会
晶技術国際会議(宮崎)他年月8 ～29
Mate2020 第 26 回『エレクトロニクスにおけるマ スマートプロセス
イクロ接合・実装技術」シンポジウム(横浜)学会他

ま て り あ 第58巻 第10号(2019)
Materia Japan

FAX 0352278632
tansodesk＠bunken.co.jp
http://www.tanso.org/contents/event/conf2019/

ptm2020＠csm.org.cn
http://www.ptm2020.com

TEL 0668798730
yamanoik＠ile.osakau.ac.jp
https://www.opt.miyazakiuac.jp/hikari/
TEL 0668785628 mate＠spsmste.jp
http://spsmste.jp/mate2020/src/

～ご参加をお待ちしております～

金属学会シンポジウム～ハイエントロピー合金の材料科学～
近年，ハイエントロピー合金と呼ばれる新たな範疇の合金に注目が集まっている．従来合金では達成し得ない強度，延性などに優れた新たな合金開発への期待が高まり，世界各地で立て続けに多数の国際会議が開催されるほど世界的に隆盛な研究分野と成っている．本シンポジウ
ムでは，ハイエントロピー合金に関する最新の研究開発動向を紹介するとともに，新たな用途開拓についても議論を深める．
(企画世話人

京大 乾

晴行

日

時 年月日(月)～

場

所

募集定員

京大 辻

伸泰

阪大 尾方成信

名大 小山敏幸

東北大 加藤秀実

東北大 古原

忠)

京大 乾

晴行

東北大 竹内章

エッサム神田ホール 2 号館401(〒1010047 東京都千代田区内神田 3245)120名

事前申込締切 年月日(月)着信(テキストの事前送付有り)当日申込可

プログラム
930～ 940

挨拶

940～1020

 ハイエントロピー合金研究の現状と展望

1020～1100

 平均価電子濃度による高エントロピー合金の構造制御

1110～1150

 ハイエントロピー合金における拡散と熱力学

名大 小山敏幸

1150～1230

 ハイエントロピー合金ナノ粒子の作製と触媒機能への展開


京大 北川

1400～1440

 ハイエントロピー合金の力学特性のモデリングとシミュレーション


阪大 尾方成信

1440～1520

 加工熱処理によるハイエントロピー合金のナノ/ミクロ組織制御京大 辻

1530～1610

 強加工と相変態によるハイエントロピー合金の組織制御

1610～1650

 電子ビーム積層造形によって作製されたハイエントロピー合金の組織と強度

詳細まてりあ 8 号

◇

大塚
誠
竹田
修
池尾直子
大野直子
近藤亮太
杉浦夏子
佃
諭志
徳永透子
長谷川 誠
宮崎秀俊
山中謙太

石本卓也
小幡亜希子
齊藤信雄
芹澤
愛
堤
祐介
轟
直人
春本高志
宮澤知孝
山本剛久

ま て り あ 第巻 第号（） 発行日

物材機構 土谷浩一
東北大 千葉晶彦◇

2019, 2020年度会報編集委員会

発行所

伸泰

481頁 or ホームページイベント→シンポジウム

◇

委
員
長
副 委 員 長
委
員

宏

井田駿太郎
木口賢紀
齊藤敬高
島克利
圓谷貴夫
永井
崇
藤枝
俊
宮部さやか
横山賢一

2019年10月 1 日

公益社団法人日本金属学会〒9808544 仙台市青葉区一番町一丁目1432
TEL 0222233685 FAX 0222236312

発
印
発(五十音順，敬称略）

上田恭介
北村一浩
佐々木秀顕
高山直樹
寺西
亮
長岡
亨
細川裕之
盛田元彰
吉矢真人

梅津理恵
小畠淳平
佐藤紘一
田中秀明
寺本武司
中村篤智
本間智之
森戸春彦
吉年規治

大石
郁
小柳禎彦
佐藤豊人
趙
研
土井康太郎
野山義裕
三井好古
諸岡
聡
李
海文

定価(本体,円＋税)送料円
行
刷
売

人
所
所

山村英明
小宮山印刷工業株式会社
丸善雄松堂株式会社〒1600002 東京都新宿区四谷坂町 1010

本 会 記 事

ã

1

ã

2

ã

3

日本金属学会誌投稿の手引き
日本金属学会誌への投稿は，次の要件を満たさなければならない．
(1) 和文であり，未掲載および他のジャーナルに投稿中でないことかつオリジナリティがあること(日本金属学会誌審査及び査読規程に定める範囲において，重複を認める場合がある)．
(2) 金属とその関連材料の学術および科学技術の発展に寄与するものであること．
(3) 投稿規程に合致するものであること．
(4) 別に定める執筆要領に準拠して作成された原稿であること．
(5) 論文の著作権を本会に帰属することに同意すること．
(6) 掲載が決定した場合は，この規程に定める投稿・掲載料を支払うこと．
(7) 研究不正行為および研究不適切行為をしないことならびに研究不正行為をした場合は本会の定めるところにより処分
を，研究不適切行為をした場合は本会の定めるところにより措置を受けることに同意すること．
(8) 投稿原稿を作成する基となった生データ，実験・観察・研究ノート，実験試料・試薬等の研究成果の事後の検証を可能とするものを論文掲載後 5 年間保存することに同意すること．
.















日本金属学会誌に投稿可能な論文
学術論文(頁以内)
金属及びその関連材料の理論，実験並びに技術などに関する学術上の成果を報告し，考察した原著論文で，科学・技術的に質の高い，新規な興味ある内容(結果，理論，手法等)が十分含まれている論文．
Materials Transactions の Regular Article または Express Rapid Publication に Web 掲載後 1 年以内であれ
ば，著者および内容が基本的に同一の場合に限り，和訳した論文を投稿できる．その事を脚注に明記する．ただし査読の結果，返却もあり得る．なお，著者が迅速掲載を希望し，追加費用を負担する場合は，査読期間短縮を含め迅速掲載のための処理を行う．
レビュー(頁以内)
各専門分野の研究開発の背景や最近の状況および今後の展望等について，重要な文献を引用して，各専門分野の専門家のみならず他分野の専門家や学生等も対象に，その概要を公正にかつわかりやすく解説する論文．
Materials Transactions に Web 掲 載 後 1 年 以 内 で あ れ
ば投稿ができる．その事を脚注に明記する．また，Materials Transactions 掲載論文と異なる部分がある場
合は，その事を脚注に明記する．
オーバービュー(頁以内)
単なる一般的な review ではなく，執筆者独自の考えに立って review し，取り上げた問題点の中において自説の位置付けを明確にした論文．ただし，事前に「タイトル」「氏名」「要旨」を編集委員会に提出し，了承を得た後，投稿する方式とする． Materials Transactions に
Web 掲載後 1 年以内であれば投稿ができる．その事を脚注に明記する．また， Materials Transactions 掲載論文と異なる部分がある場合は，その事を脚注に明記する．
技術論文(頁以内)
金属及びその関連材料の実験技術，製造技術，設備技
術，利用技術など，技術上の成果，基準，標準化，デー
タベースなど，及び関連する事柄の調査，試験結果を報告した原著論文．
Materials Transactions に Web 掲載後 1 年以内であれ
ば，著者および内容が基本的に同一の場合に限り，和訳した論文を投稿できる．その事を脚注に明記する．ただし査読の結果，返却もあり得る．
速報論文(頁以内)
速報を要する短い論文．すなわち，新規性のある研究
成果，技術開発に関する新知見，新アイディア，提案
等．最短 2 週間で審査を完了する．







.

オピニオン(頁以内)
日本金属学会誌に掲載された論文に対する意見，討論
またはそれに対する著者からの回答とする．科学・技術的な発展に貢献できる内容であること．
その他理事会で決議した分類
投稿の方法
Web 上で登録を済ませてから，自動返信メールに記載の指示に従って原稿を提出する．

.

原稿
執筆要領に従って原稿を作成し，指定のファイル形式に変換したものもしくはハードコピーを提出する．
3.1 記載内容
 題目・著者名・研究機関，◯
 英文概要・ Keywords，◯

◯
謝辞，◯
文献，◯
 Appendix，◯
表・図説明一覧，
本文，◯
 その後に各別紙の表・図を添付する．
◯
3.2 単位
SI 単位を使用する．
3.3 引用文献・脚注
通し番号で 1,2) ，あるいは 36) のように表し，本文の末尾に一括記載する．著者名，誌名はすべて英語表記する(特に決まっていないものはローマ字表記する)．

.

審査
投稿された論文は会誌編集委員会の独自の審査を経て会誌に掲載される．編集委員会から原稿の修正を求められ，あるいは返却されることがある．

.

校正
初校は著者の責任で行う．著者校正は原則として 1 回とし，誤植の修正に限る．

. 投稿者負担金
6.1 投稿・掲載費用は，無料とする．(別刷の寄贈はありま
せん．）
6.2 カラー図掲載を希望する場合は実費を負担する．
(1 図表当り1,000円)※オンラインジャーナルのみ(冊子・別刷はすべてモノク
ロ表示)．
6.3 学術論文の迅速掲載費用1 万円
6.4 別刷購入希望の場合は，別途費用を負担する．
公益社団法人日本金属学会

会誌編集委員会

2019年10月 1 日発行「まてりあ」