臨界温度一覧と金属加工における物性データ活用

臨界温度一覧と材料特性

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主要物質の臨界温度

水銀、金属、ガス等の具体的な数値データ

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金属加工での重要性

熱処理における臨界温度の実用的活用

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超伝導体の特性値

高温超伝導体から低温材料まで網羅

このページの目次

臨界温度一覧と材料特性

臨界温度の基本概念と物性データ

臨界温度とは、物質が液体として存在できる最高温度であり、この温度を超えると加える圧力に関係なく超臨界状態となります。金属加工において、臨界温度は材料の相変化や物性変化を予測する重要な指標として活用されています。
参考）一般的な材料の臨界温度と圧力

主要物質の臨界温度データを以下に示します。

水：374.2℃（臨界圧力218.3気圧）
参考）http://www.ccn.aitai.ne.jp/~t_kato/jr2bvb/kagaku/rinkai.htm
二酸化炭素：31.1℃（臨界圧力73.0気圧）
アンモニア：132.4℃（臨界圧力112.0気圧）
ベンゼン：289.0℃（臨界圧力47.9気圧）

これらの数値は化学工学分野における対応状態原理に基づく物性推算の基礎データとして重要な役割を果たしています。
参考）【臨界定数】を解説：主要物質の臨界定数値も記載 - 化学工学…

金属材料における臨界温度の役割

金属加工では、熱処理における臨界温度が材料の機械的特性を決定する重要な因子となります。鋼材の場合、臨界温度は約724℃でオーステナイト相への変態が起こり、この温度制御により硬度や靭性といった特性を調整できます。
参考）熱処理の臨界点とは？材料変態の秘密を解き明かす - Kint…

鉄-炭素系合金では、A1変態点、A3変態点といった特定の臨界温度が存在し、これらの温度域で相変化が生じます。例えば、S45C鋼のA3変態点は780℃程度であり、適正な焼入温度範囲は820～870℃に設定されます。
参考）熱処理条件と金属組織【通販モノタロウ】

水銀は金属の中で最も低い臨界温度を持ち、臨界温度1478℃、臨界圧力約1650気圧となっています。この特性により、水銀は液体金属の物性研究において重要な対象材料となっています。
参考）https://yumenavi.info/douga/2014/doc/17338.pdf

超伝導体の臨界温度一覧と特性

超伝導体における臨界温度は、電気抵抗がゼロになる転移温度として定義されます。代表的な超伝導材料の臨界温度は以下の通りです：
参考）超伝導 - Wikipedia

ニオブ：9.22 K
アルミニウム：1.20 K
鉛：7.2 K
参考）https://www.pasj.jp/kaishi/cgi-bin/kasokuki.cgi?articles%2F16%2Fp240-250.pdf

高温超伝導体としては、以下の材料が注目されています。

ビスマス系超伝導体（BSCCO）：約108 K
参考）超伝導体のリストとその仕組み
銅酸化物系：液体窒素温度（77K）以上

これらの超伝導材料は、エレクトロニクスやエネルギー応用において重要な役割を果たしており、特に高磁場磁石や電力機器への実用化が期待されています。

工業材料の臨界特性と加工条件最適化

金属加工における臨界温度の活用は、品質管理と加工効率の向上に直結します。例えば、機械構造用鋼の場合、合金元素（Mn、Mo、Cr、Ni）の添加により臨界直径が変化し、焼入硬化の深度を制御できます。
参考）質量効果と合金元素の関係【通販モノタロウ】

チタン合金では、侵入型不純物原子（酸素や窒素）の添加により、応力誘起マルテンサイト変態の臨界条件が変化し、応力ヒステリシスを10MPa程度まで低減することが可能です。これは従来の一次相変態を二次相変態的挙動へと変化させる革新的な技術です。
参考）KAKEN href="https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-18K18937/" target="_blank">https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-18K18937/amp;mdash; 研究課題をさがす

形状記憶合金のTiNi系合金では、組成変化により変態温度が調整でき、Cu添加により臨界現象を制御することで、実用的な温度域での超弾性特性を実現できます。
参考）https://www.jim.or.jp/journal/m/pdf3/58/01/33.pdf

超臨界流体技術における臨界温度の産業応用

超臨界流体は臨界温度・圧力を超えた状態で、高拡散性・低粘性を示し、温度・圧力変化により溶解度を大きく制御できる特性があります。この特性を活用した材料合成技術が注目されています。
参考）https://www.tytlabs.co.jp/en/japanese/review/rev363pdf/363_005wakayama.pdf

二酸化炭素は臨界温度31℃と室温に近く、常温から高温まで幅広い操作に適しているため、物理発泡剤や易成形助剤として活用されています。窒素の臨界温度は-147℃と低いものの、高圧下では樹脂に溶解する性質を利用した加工プロセスが開発されています。
参考）https://www.jstage.jst.go.jp/article/gomu1944/77/10/77_10_336/_pdf/-char/ja

表面処理分野では、超臨界CO2とO2を用いたアルミニウム表面の清浄化技術が超高真空用途で実用化されており、従来の化学洗浄に比べて環境負荷が少ない利点があります。
参考）302 Found

シリカ、チタニア、アルミナなどの酸化物コーティングにおいて、超臨界流体を溶媒として用いることで、活性炭繊維の形状を転写した多孔体材料の合成が可能になっています。この技術により、従来法では困難な複雑形状材料の製造が実現されています。