体心正方構造

体心正方構造（たいしんせいほうこうぞう、英語: Body-Centered Tetragonal, BCT）は、結晶学におけるブラべ格子の一種である。

正方晶系に属し、正方形の底面を持つ四角柱の各頂点、およびその中心（体心）に格子点を持つ構造を指す。金属学や材料科学において、鋼の硬化現象を理解する上で極めて重要な結晶構造である。

 構造的特徴 
単位格子の形状は、底面の辺長を $a$, $b$、高さを $c$ としたとき、以下の条件を満たす。
 格子定数: $a = b \neq c$
 軸角: $\alpha = \beta = \gamma = 90^\circ$

[attachment_0](attachment)

単位格子あたりの格子点（原子）数は2個（頂点 $1/8 \times 8$ ＋ 体心 $1$）である。この構造は、体心立方構造（BCC）を $c$ 軸方向に伸張、または圧縮させたものと見なすことができる。

 材料科学における重要性 
 鋼のマルテンサイト 
体心正方構造が最も注目されるのは、鋼（はがね）を焼入れした際に生じるマルテンサイト相である。
高温状態のオーステナイト（面心立方構造：FCC）を急冷すると、本来なら体心立方構造（BCC）へ変化しようとするが、過剰に含まれる炭素原子が拡散できずに格子内にトラップされる。この炭素原子が特定の結晶軸を強制的に引き伸ばすため、BCCが歪んだBCT構造となる。
この「格子の歪み」が内部応力を生み出し、鋼に圧倒的な硬度を与える直接的な原因となる日本鉄鋼協会編『鋼の熱処理』より。

 ベイン変態 (Bain strain) 
FCC（面心立方）からBCC（体心立方）への相変態を説明する幾何学的なモデルとして、1924年にエドガー・ベインが提唱した。この過程でBCT構造は中間的な状態として定義され、結晶構造が連続的に変化する様子を記述するのに用いられる。

 代表的な物質 
 インジウム (In): 純金属の中で唯一、常温常圧で体心正方構造（$c/a \approx 1.07$）を持つ。
 スズ (Sn): 常温相である「白スズ（$\beta$-スズ）」が、歪んだ体心正方構造をとる。
 チタン酸バリウム (BaTiO₃): 強誘電体。温度によって立方晶から体心正方的な正方晶へと相転移し、優れた誘電特性を示す。

 参考文献 
 『キッテル 固体物理学入門』
 『金属材料学』日本金属学会編

 脚注 

 関連項目 
 結晶構造
 ブラべ格子
 マルテンサイト
 体心立方構造

Category:結晶構造
Category:正方晶系