金属間化合物

金属間化合物は、2 つ以上の金属元素の間に結晶構造を持つ固体化合物を形成する金属合金の一種です。あるいは、金属間化合物、金属間合金、規則金属間合金、または長距離秩序合金とも呼ばれます。金属間化合物は一般的に硬くて脆く、高温での機械的特性が優れています。^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}化学量論的または非化学量論的に分類できます。化学量論的金属間化合物は、金属元素間に特定の数値比を持ちます。^{[ 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、固定された化学量論と明確な種への分解を示唆しているため、誤解を招くと主張した。^{[ 4 ]}

金属間化合物の結晶化学における最近の進歩により、ZIP相として知られる新しい三元金属間化合物のファミリーが発見されました。これらの材料は、いわゆる二重原子秩序を示し、単一の結晶骨格内で異なる原子副格子が異なる秩序化メカニズムを示します。ZIP相は、面心立方構造と六方構造の両方の構造変種で結晶化することができ、それによって複雑な金属間化合物の既知の構造的多様性が拡大します。^{[ 5 ]}

金属間化合物は一般的に室温で脆く、融点が高いが、共有結合の程度によっては金属伝導性または半導体特性を示すものも多い。塑性変形に必要な独立したすべり系が限られているため、劈開または粒界破壊モードが金属間化合物に典型的である。しかし、Nb–15Al–40Ti のように延性破壊モードを示す金属間化合物もある。また、他の元素を合金化して粒界凝集力を高めることで延性を向上させることができるものもある。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ことで延性を向上させることができる。^{[ 10 ]}硬度や高温耐性が、靭性や加工の容易さを多少犠牲にしても重要な場合、セラミック特性と金属特性の妥協点を提供する可能性がある。強い内部秩序と混合（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、さまざまな新しい材料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などが挙げられる。ニッケル基超合金の硬化相であるNi ₃ Alや様々なチタンアルミニウム化合物は、タービンブレード用途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ケイ化物は、マイクロエレクトロニクスにおけるバリア層およびコンタクト層として機能する。^{[ 11 ]}その他には、以下のようなものがある。

• 磁性材料（例：アルニコ、センダスト、パーメンデュール、FeCo、テルフェノール-D）
• 超伝導体、例えばA15相、ニオブスズ
• 水素貯蔵、例：AB5_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ニウム、Ni ₃ Al
• 歯科用アマルガムは、金属間化合物Ag ₃ SnとCu ₃ Snの合金である。
• マイクロエレクトロニクス用ゲート電極／バリア層^、例：TiSi2 ^[ ₁₂ ^{]： 692}
• ラーベス相（ＡＢ_２）、例えば、ＭｇＣｕ_２、ＭｇＺｎ_２およびＭｇＮｉ_２。

意図せず金属間化合物が形成されると、問題が生じる可能性があります。例えば、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故障の大きな原因となることがあります。金属間化合物の管理は、電子部品間の半田接合の信頼性において重要な課題です。

金属間化合物粒子は金属合金の凝固中に形成されることが多く、分散強化機構として利用できる。^{[ 1 ]}

スズによって形成される金属間化合物は硬くて脆い。電子機器で重要な化合物には、Ag ₃ Sn、Cu ₃ Sn、およびCu ₆ Sn ₅がある。これらの粒子が成長すると、鉛フリーはんだで作られたはんだ接合部の完全性を損なう傾向がある。^{[ 13 ]}一部の添加剤は、IMC の結晶粒径を小さくして分散させ、強化元素に変えることができる。^{[ 14 ]}

歴史上の金属間化合物の例としては、以下のようなものがある。

• ローマ時代の黄銅、CuZn
• 中国産高錫青銅、Cu ₃₁ Sn ₈
• 金属の種類、SbSn
• 中国産白銅、CuNi ^{[ 15 ]}

ドイツ型金属は、曲がらずにガラスのように割れ、銅より柔らかく、鉛より融解しやすいと説明されている。^{[ 16 ]： 454}化学式は上記のものと一致しないが、その性質は金属間化合物または1つの合金と一致する。

• 複雑な金属合金
• カーケンデール効果
• マルエージング鋼
• 冶金
• 固溶体
• 構造物指定
• 秩序と無秩序

• ザウトホフ、ゲルハルト[ドイツ語] (1995).金属間化合物. Wiley-VCH. pp. 1–165 . ISBN  978-3-527-29320-9。
• ザウトホフ、ゲルハルト[ドイツ語] (2006). 「金属間化合物」.ウルマン工業化学百科事典. ワイリー・インターサイエンス. pp. 393–423 . doi : 10.1002/14356007.e14_e01.pub2 . ISBN  978-3-527-30385-4。

• 金属間化合物、科学雑誌
• 「金属間化合物の生成と成長」 。2005年12月18日にオリジナルからアーカイブされました。
• 「IMPRESS 金属間化合物プロジェクト」 www.spaceflight.esa.int 2007年3月29日のオリジナルからアーカイブ済み。 2024年12月22日取得。
• _AB5金属間化合物が凝固する様子を捉えた動画。 2015年12月10日にオリジナルからアーカイブされました。