金属間化合物

金属間化合物（金属間化合物、金属間合金、規則金属間合金、長距離規則合金とも呼ばれる）は、 2つ以上の金属元素の間で規則的な固体化合物を形成する金属 合金の一種です。金属間化合物は一般に硬くて脆く、高温での機械的特性が優れています。^{[1] [2] [3]それらは、}化学量論的または非化学量論的に分類できます。 ^[1]

固体相に適用される「金属間化合物」という用語は長い間使用されてきた。しかし、ヒューム＝ロザリーは、この用語は固定された化学量論と明確な種への分解を示唆しており、誤解を招くと主張した。^[4]

1967年、シュルツェは金属間化合物を、2つ以上の金属元素と、必要に応じて1つ以上の非金属元素を含み、その結晶構造が他の構成要素とは異なる固相と定義しました。^[5]この定義には以下が含まれます。

• 電子（またはヒューム・ロザリー）化合物
• サイズパッキング相。例：ラーベス相、フランク・カスパー相、ノボトニー相
• ツィントルフェーズ

金属の定義には以下が含まれます。

• 遷移後金属、すなわちアルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム、スズ、鉛、ビスマス。
• 半金属、例えばシリコン、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、テルル。

この定義では、金属の均質および不​​均質固溶体、および炭化物や窒化物などの格子間化合物は除外されます。ただし、格子間金属間化合物は含まれ、金属と金属間化合物の合金も含まれます。

一般的に、研究の定義には遷移後金属や半金属も含まれ、セメンタイト、Fe ₃ Cなどの化合物も含まれるように拡張されています。これらの化合物は侵入型化合物と呼ばれることもあり、化学量論的であり、上記の金属間化合物と特性を共有します。^[要出典]

金属間化合物という用語は、シクロペンタジエニル錯体Cp ₆ Ni ₂ Zn ₄などの2つ以上の金属を含む化合物を説明するために使用されます^[6]。

B2金属間化合物は、アルミニウムと鉄などの2つの金属の原子が同数存在し、構成金属の2つの相互浸透する単純立方格子として配列されている。[ ^7]

金属間化合物は、一般に室温では脆く、融点が高い。塑性変形に必要な限られた独立すべり系のため、へき開または粒界破壊モードは金属間化合物の典型である。しかし、Nb–15Al–40Tiなど一部の金属間化合物は延性破壊モードを示す。他の金属間化合物は、他の元素と合金化して粒界凝集力を高めることで延性が向上する。粒界凝集力を高めるためにホウ素などの他の材料を合金化すると、延性が向上する。^[8]硬度や高温耐性が靭性や加工のしやすさを犠牲にしても十分重要である場合、金属間化合物はセラミックと金属の特性の妥協点となる可能性がある。金属間化合物は、それぞれ強力な内部秩序と混合（金属結合と共有結合/イオン結合）結合により、望ましい磁気特性と化学特性を示すことができる。金属間化合物は、さまざまな新素材の開発につながっている。

例としては、アルニコやニッケル水素電池の水素貯蔵材料が挙げられる。よく知られているニッケル基超合金の硬化相であるNi ₃ Alや、さまざまなチタンアルミナイドはタービンブレードへの応用で注目を集めており、後者はチタン合金の結晶粒微細化にも少量使用されている。シリコンを含む金属間化合物であるシリサイドは、マイクロエレクトロニクスのバリア層や接触層として機能している。^[9]他には以下のものがある。

• 磁性材料、例：アルニコ、センダスト、パーメンジュール、FeCo、テルフェノールD
• 超伝導体、例：A15相、ニオブスズ
• 水素貯蔵、例：AB ₅化合物（ニッケル水素電池）
• 形状記憶合金、例: Cu-Al-Ni (Cu ₃ Al とニッケルの合金)、ニチノール(NiTi)
• コーティング材料（例：NiAl）
• 高温構造材料、例えばニッケルアルミナイド、Ni ₃ Al
• 歯科用アマルガムは、Ag ₃ SnとCu ₃ Snの金属間化合物の合金である。
• マイクロエレクトロニクス用ゲートコンタクト/バリア層、例：TiSi ₂ ^{[10] : 692}
• ラーベス相（ＡＢ_２）、例えば、ＭｇＣｕ_２、ＭｇＺｎ_２およびＭｇＮｉ_２。

意図しない金属間化合物の形成は問題を引き起こす可能性があります。たとえば、金とアルミニウムの金属間化合物は、半導体デバイスやその他のマイクロエレクトロニクスデバイスにおけるワイヤボンディングの不具合の大きな原因となる可能性があります。金属間化合物の管理は、電子部品間のはんだ接合部の信頼性における大きな問題です。^[要出典]

金属間粒子は金属合金の凝固中に形成されることが多く、分散強化メカニズムとして利用できます。^[1]

歴史上における金属間化合物の例には以下のものがあります。

• ローマンイエローブラス、CuZn
• 中国産高錫青銅、Cu ₃₁ Sn ₈
• タイプ金属、SbSn
• 中国産白銅、CuNi ^[11]

ドイツ型金属は、ガラスのように割れ、曲がらず、銅よりも柔らかく、鉛よりも溶けやすいと説明されている。^{[12] : 454}化学式は上記のものと一致しないが、その特性は金属間化合物またはその合金と一致する。^[要出典]

• 複合金属合金
• カーケンドール効果
• マルエージング鋼
• 冶金
• 固溶体

• サウトホフ、ギュンター (1995)。金属間化合物。ワイリー-VCH。ISBN 978-3527293209。
• Sauthoff, Gerhard. 「金属間化合物」。Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley Interscience.

• インターメタリックス、科学雑誌
• 「金属間化合物の生成と成長」。2005 年 12 月 18 日時点のオリジナルよりアーカイブ。
• 「IMPRESS Intermetallics プロジェクト」www.spaceflight.esa.int。2007 年 3 月 29 日のオリジナルからアーカイブ。2024 年 12 月 22 日閲覧。
• AB5 金属間化合物が凝固/凍結する様子を撮影したビデオ。2015 年 12 月 10 日時点のオリジナルよりアーカイブ。