熱膨張しない合金を開発することに成功 (2/3)

熱膨張しない新合金の登場

これまでインバー合金（主成分は鉄とニッケル）のように、「熱膨張をかなり抑えられる材料」は知られていましたが、その温度範囲や製造条件には限界がありました。

そこで注目を集めているのが、ウィーン工科大学（TU Wien）の理論研究チームと北京科技大学（USTB）の実験研究チームによる協力で開発されたパイロクロア磁石と呼ばれる新しいタイプの合金です。

特に、鉄（Fe）やニオブ（Nb）、ジルコニウム（Zr）、コバルト（Co）といった4つの元素を組み合わせ、従来のインバーよりも広い温度範囲でほとんど膨張しない特性を実現しています。

具体的には、3K程度の極低温（摂氏-270℃付近）から約440K（およそ167℃）に至るまで、ほぼ「ゼロ膨張」といえるほど小さな変化量しか示さないという報告があります。

この画期的な合金は、従来のようにきれいに揃った結晶構造ではなく、局所的な不均一（局所組成のゆらぎ）をあえて含むことがポイントです。

たとえば、素材内部では「わずかにコバルトが多い箇所」と「少ない箇所」が混在し、押し出されたFeがZr/Nbサイトに入り込むといった局所組成の乱れが生じます。

これらが温度変化に対して異なる磁気的挙動を示すため、通常の「熱で膨張しようとする力」が、一部で起こる「磁気の乱れによる収縮傾向」と絶妙に釣り合い、最終的に全体としてほぼ形状が変わらない状態を実現できるのです。

実験によって証明されたこの成果は、航空・宇宙分野や精密機器産業など、極めて高い寸法安定性が求められる分野にとって大きな転機となる可能性があります。

しかし、いったいどんな原理で熱膨張を打ち消す収縮が起きたのでしょうか？