金属ガラスとは

正解：C. 3種類以上の元素からなり、主な元素の原子半径の差が約12%以上で、混合熱が負である

井上の経験則は、多成分であること、主な元素の原子半径の差が約12%以上あること、混合熱が負であることの3つです。大きさの違う原子が引き合いながら混ざると、液体は原子が密に詰まった乱れた配列になり、原子の拡散と再配列が遅くなります。また、多くの元素を含む液体から結晶ができるには原子を大きく並べ替える必要があり、結晶の核生成と成長が起こりにくくなります。深い共晶に近い組成で液相線温度が下がることも助けになります。原子半径が等しく混合熱が正の組み合わせは固溶体や相分離をつくりやすく、純金属に近い組成は10⁶ K/s程度の急冷でもほとんどガラスになりません。

正解：C. 約10 mm

冷却速度は R = 1.0×10³×(1.0/d)² K/s(dはmm)と書けるので、R = 10 K/s になる板厚は d = 1.0×√(1.0×10³/10) = 10 mm です。熱が鋳型へ逃げる時間は熱が伝わる距離の2乗に比例するので、冷却速度は厚さの2乗に反比例します。約100 mmは冷却速度が厚さに反比例するとした値、約0.10 mmは冷却速度の比を逆にした値です。初期の金属ガラスは臨界冷却速度が10⁵〜10⁶ K/s程度と大きく、ロール急冷でつくる厚さ数十µmの薄帯しか得られませんでしたが、多成分の合金で臨界冷却速度が下がり、cm級のバルク金属ガラスがつくれるようになりました。