ヒ ュ ー
ム ー ロ
ザ
リ ー
伝*
小
岩
昌
宏**
Professor William Hume-Rothery,O.B.E.,F .R.S. O.B,E.はOfficer Qf the(Qrder of the)British Empireの 略 で 勲 功 章4級 の 称 号 で あ る . 「本 日 こ こ に お 招 ぎ を 受 け,第1回 ヒ ュ ー ム ーロ ザ リー 記 念 講 演 を 行 な う 栄 誉 を 与 え ら れ ま し た こ と は,私 の も っ と も光 栄 と す る と こ ろ で あ り ま す 。 しか し こ こ オ ッ ク ス フ ォー ドは ま さ し く ヒ ュ ー ムーロ ザ リー の 地 で あ り, 晩 年 の 彼 と は 私 よ り も も っ と密 接 な 関 係 を も た れ た 方 々 の 前 で,彼 の 人 と な り と 業 績 に つ い て 語 る こ と は 誠 に む つ か し く責 任 重 大 で あ る と い わ ね ば な り ま せ ん.ヒ ュー ム ー ロ ザ リー は す で に そ の 存 命 中 に 伝 説 的 な 人 物 と な っ た 科 学 者 で あ り,Oxford metallurgyの 発 展 を 語 る と き そ の 名 前 を 忘 れ る こ と は で き ま せ ん.… 」1970年5月 1日,St.Catherine's Collegeで 開 か れ た 英 国 金 属 学 会 (lnstihlte of Metals)Oxford支 部 の 講 演 会 に お け る,
Hume-Rotheryの 高 弟Raynor教 授(Birmingham大 学)
の 講 演(1)の 冒 頭 の1節 で あ る .た ま た ま 当 時 留 学 中 で
あ っ た 私 は こ の 講 演 を 聞 く こ と が で き た.
Department of Metallurgyの 図 書 室 に
はHume-Rotheryの 胸 像 が 置 か れ,そ の 前 に は 製 本 さ れ た30頁 ほ ど の 小 冊 子 が 置 い て あ る.Raynor教 授 に よ るHume-Rotheryの 伝 記(2)で あ る .長 年 協 同 研 究 者 と し て 合 金 の 研 究 を 行 な い,20篇 を 越 え る 論 文 の 共 著 者 で あ る Raynor教 授 こ そ は,Hume-Rotheryの 思 想 と 業 績 を 語 る 最 適 任 者 で あ ろ う.Raynor教 授 に 乞 う て 貰 い 受 け た 別 刷(2)の 内 容 を 以 下 に 紹 介 し,Hume-Rotheryの 足 跡 を た ど っ て み ょ う. *** 1.そ の お い た ち と生 涯 William Hume-Rothery(1899∼1968)は1899年5月 15日 に 生 れ た.ハ イ フ γ で つ な が れ た 彼 の 姓 は,祖 父
(William Rothery,牧 師)がMary Hume(女 流 作 家)と 結
婚 し,Hume-Rotheryと 名 乗 っ た こ と に よ る 、william
の 父Joseph Hume Hume-Rothery}よLondon大 学 で 物
理 学 を 修 め た の ち,Calnbridgeで 法 律 を 学 び 弁 護 士 に
な っ た.Surreyで 特 許 関 係 の 法 律 に 関 す る 仕 事 に つ い
た が,性 に 合 わ な い と 感 じ て 故 郷Cheltenhamに 帰 っ
た.williamと2人 の 妹 は こ こ で 幼 年 時 代 を 過 し た .
William Hume-Rothery(以 下H.-R.と 略
記)はSuf-folk Hall Preparatory Schoo1(1903∼1912)を 経
てChel-tenham College(19ユ2∼1916)に 進 ん だ.H.-R.は こ こ 図1サ レ ー(Surrey)は ロ ン ド ン 南 部 に あ る 州 (Gllilldfordを 含 む)の 名 で あ る. **東 北 大 学 助教 授;金 属 材 料研 究 所 *本 稿 はRaynor教 授 に よって 書 か れ たHume-Rotheryの 伝 記(2)に 基 づ い て 執 筆 した もの で あ る.読 み やす くす るた め 細 分 して小 見 出 しを つげ る,説 明 の仕 方 を変 え るな どの手 を 加 え た が,全 面 的 にRaynor教 授 の 著 に依 拠 し てお り,大 部分 は"抄 訳"で あ る,図 面,脚 注は 筆 者 が 追 加 した もの で あ る.な お,Raynor教 授 に は この 件 につ い て了解 を得,好 意 あ る激励 を いた だ い た こと を 付 記す る, 日 本 金 属 学 会 会 報(1974)1974年5月9日 受 理
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伝
記
第13巻
で2人 の教 師,J.W.Mercer(軍 事 ・技 術),G.W.Hedley (物理 ・化 学)に 大 きな影 響 を受 け,生 涯尊 敬 の念 を 抱 き つ づ け た.後 年 彼 はHedleyに つ い て 次 の よ うに のべ て い る.「 健全 で 正 規 の 教 育 とい うも のを お ろ そか に し て よい の な ら科学 の驚 異 を 強 調す る こ とは 容 易 で あ る.ま た 科 学 を 正 確 で は あ るが 無 味 乾 燥 な もの と して教 育 す る こと もた や す い.科 学 の面 白 さ,す ば らし さを 損 うこと な く,し か も厳 密 で正 統 的 に 講 義 で き る人 は ま こ とに 少 な い.」 これ はHedleyを 指 し て 言 った もので あ るが, Hume-Rotheryそ の人 に つ い て も あ て は ま る 言 葉 で あ る 。 彼 は 幸 福 で 活動 的 な 学 生 時 代 を過 した.学 校 の演 奏 会 で はバ リ トンを 歌 い,第 一 次 大 戦 が 始 ま る とChelten-ham周 辺 の軍 隊 慰 問 の コ ソサ ー トを 開 くのに 協 力 した. 1916年,軍 人 を 志 ざ し た 彼 は5番 とい う優 秀 な 成 績 で RoyalMilitaryAcademy(WoQlwich)に 進 み,軍 人 と し て の輝 か しい 将来 が 約 束 され たか に見 えた.し か し1917 年 初 頭,H.-R.は 脳 せ きず い膜 炎 に お か され,長 期 の病 院 生活 の の ち回 復 は した もの の 完 全に 聴 覚 を 失 な って し ま った の で あ る.軍 人へ の 道 を 閉 ざ さ れ,他 の職 業 も難 しい と考 えた 両 親 は 建 築家 にす る こ とを考 え,芸 術 的 訓 練 の た め にH.Holdenの 下 へ 通 わ せ た が,H.-R.自 身 の 興 味 は 科学 へ 向 っ てい た.し か し後 年 彼 が 水彩 画 の趣 味 を持 つ よ うに な った の はHoldenの 影 響 が あ った もの と 思 わ れ る. 1918年,H.-R.はOxfordのMagdalen†Collegeに 入 学 を許 され,化 学 を専 攻 す る こ とに な った.こ の 時, 両 親 もQxfordに 居 を移 し,虚 弱 なH.-R.も 自宅 か ら通 学 す る こと がで きた 。1922年,PartIIの 試 験(卒 業 論 文) の た めLambert博 士 の 指 導 の 下 に 硫 酸 ス トロン チ ウ ム の沈 澱 に 関 す る研 究 を 行 な った 。 こ の最 初 の 仕 事 〔1〕††の 中 に も後 年 の 彼 の卓 越 した 仕 事 を 生 み 出 した 諸 要 素一 純 度,温 度 制 御 に対 す る配 慮,注 意 深 く忍 耐 つ よい 実 験操 作,顕 微 鏡 の使 用 一 を読 み と る こ とが で き る. この 後H.-R.は 当 時 の 化学 の教 授F.Soddyの す す め に した が っ てRoyalSchoolofMinesのH.Carpenter 教 授 の下 で 金 属 間 化 合物 の構 造 と性 質 に 関 す る研 究 を 行 な うこ とに な り(1922∼1925),1925年London大 学 よ り 学 位 を 受 け た.1924年,旧 師Hedleyに あて た 手紙 の中 で,彼 はNa4SnとNa2Snを 分 離 した ことを のべ,"こ れ ら は全 くとて つ も な い 代 物 で,と くにNa4SnはNa よ り活性 で 水 と一 緒 に な る と爆 発 し,細 か く砕 い て水 の 中 へ落 して や る と きれ い な 花 火 が見 られ ます."と 書 い て い る.Ca-Snの 状 態 図 の研 究 を 行な った の も この頃 の こ とで あ る.精 力 的 な 実験 と と もに 金 属 間 化 合物 の本 性 に つ い て の思 索 が 始 ま る.同 年 や は りHedleyに あ てた 手 紙 の 中 でNa-Sn化 合 物 の 電 気伝 導 性 が 良 い こ とに ふれ, "通 常 の(無 機)化 合物 は 電 気 を 通 しませ ん が,こ れ は構 成 元 素 が電 子 を 共有 した り交 換 して 外 殼 が8個 ま た は16 個 の安 定 な 群 を 作 り,す べ て の電 子 を 使 い き っ て し ま う か らで す 。通 常 の化 合物 で 原 子 価 則 が 成 立す る の は ま さ し く電 子 を 使 い き る'こ と に よ ります.も し安定 な電 子 配 置 を 作 っ た上 で な お 余 分 の電 子 を残 し て も良 い ので あ れ ぽ,原 子価 則 を満 さな い 組 合 せ(化 合 物)が 多 数 あ り う る こ とに な ります 。…" 彼 の学 位 論 文 お よ び それ に も とつ い て書 か れ た 論 文 〔2〕 は初 め て"電 子 化 合物(electroniccompounds)"と い う 用 語 を用 い てお り,そ の意 味 で 歴 史 的 な 論文 とい うこ と が で き る. 1925年Oxfordに も ど ったH.-R.はMagdalenCollege のSeniorDemyshipを 受 け,金 属 間 化 合 物 お よび 金 相 学 と化 学 の境 界 領 域 の諸 問 題 の研 究 を 続け る こ と とな っ た.彼 は終 生Oxfordで 研 究 を 続 け た が,こ の間Soddy, Lambert,N.V.Sidgwick,と くにSoddyの 後 を つ い だ Hinshelwood教 授 らの 好 意 的援=助に 多 くを 負 って い る.またSheffield大 学 のC。H.Desch教 授(の ちにNational PhysicalLaboratory),Manchester大 学 のW.L.Bragg 教 授,さ らにH.Tizard,H.Hartleyな ど との 交 流 も研 究 をす す め る上 に有 益 な もので あ った. Oxfordに おけ るH.-R.の 初 期 の 仕 事 はPerkin教 授 の 好 意 に よ りDysonPerrinsLaboratory(有 機 化学)の 一 室 ,よ り正 確 に は 一 つ の 実験 台 の上 で 始 ま った.こ の 頃 の 仕 事 の一 つ にMg-Cdの 状態 図 〔5〕に 関 す る研究 が あ る 。1931年3月29日 に はElizabethAliceFeaと 結婚 してい る。 1930年,Hedleyに あ てた 手 紙 でH.-R.は 次 の よ うに のべ て い る 。"… 元 素 の 格子 定 数 に 関 す る新 しい法 則 が 見 つ か りま した.こ の 法 則 に よれ ぽ,原 子 番 号 と量 子 数 が 与 え られ れぽ 格 子 定 数 を 計 算 で き ます.単 純 な 法 則 で す が 非 常 に 正確 で,法 則 か らのず れ が1%以 上 に な る こ とは ほ とん どあ りませ ん.…"こ の 研究 の 結 果 はPhilo-sophicalMagazine〔13〕 セご発 表 さ れ た.こ の頃 実 験 室 は InorganicChemistryLaboratoryに 移 り,一 室 と覆 い つ きの中 庭 を 占め るほ どの拡 張 をみ た. 1932年 の中 頃,彼 の初 期 の研 究 の うち も っ と も野 心 的 な 部 分 が 完成 に近 づ きつ つ あ っ た.や は りHedleyに あ てた 手 紙 の 中 で,"…4年 間 続 け て き た 研 究 は い よい よ 最 後 の局 面 を 迎 え つ つ あ り ま す.CuとAgの 合 金 に つ い て,凝 固点(freezingPoint),融 点(melting Point)と 原 子価 を 関連 づ け る法 則 を発 見 し ま した.ま た 固溶 体 に おけ るB族 元 素 の溶 解 度 を 決 め る法 則 も見 出 しま した 。
† 〔mc:dlin〕 と発 音 す る 。
†† 括 弧 〔 〕中 の数 字 は 末 尾 のHume-Rotheryの 論 文 リス トの番 号 を示 す 。
合 金 はRaoult-van'tHoffの 法 則 に は従 い ませ ん.し か し,例 え ばCu-Zn系 に つ い て 凝 固 温度 曲線 が 与 え られ れ ぽ,Cu-Ga,Cu-Ge,Cu-Al,Cu-Si,Cu-Snそ の他 ど ん な3元,4元 合 金 につ い て も凝 固 温度 曲線 を 計算 す る ことが で き ます.…" 1937年,Hume-RQtheryは 王 立 協 会 会 員(Fellow of Royal Society)† に 選 ば れ,1938年 に はLecturer† †
(Metallurgical Chemistry)の 席 を 得,は じめ て正 規 の 大 学職 員 とな った 。 Hume-Rotheryの 業 績 は 学 界で は 直 ち に 高 い 評価 を 受 け た が,産 業 界 の 冶 金屋 達 に は 仲 々 そ の意 義 が 理 解 さ れ な か った.H.-R.は 合 金 形 成 の 基 本 原理 の理 解 が 工 業 界 に 欠け て い るが た め に,有 用 な 合 金 の 開発 が遅 れ てお り,材 料 開発 や 改 良 が 余 りに経 験 的 手 法 に た よ り過 ぎて い る と感 じてい た.彼 は しば しば金 属 工 業 を,す で に 確 立 され た 原 理 に立 脚 し てい る化学 工 業 と対 比 した.産 業 界 に は,「Institute of Metalsは 理 論 的 な 論文 を 多 く出版 し,実 用 的 な 論文 を僅 か しか 出 版 してい な い」と批判 す る 人 もい た.実 用 合金 の 状 態 図研 究 の重 要 性 は 理解 で き て も,周 期 律 表 に お け る相 対 的 位置 を重 視 し て選 ん だ 合金 系 に関 す る研 究 は"お あそ び"で はな い か と考 え た ので あ る.H.-R.は こ の よ うな 産 業 界 の態 度 に 屈 す る こと な く努 力 を 続 け,次 第 に産 業 界 の 人 々 も伝 統 的 に 経験 的 な 冶金 学 に,科 学 的 な基 礎 づ け を 与 え よ うとす る仕 事 の意 味 を理 解 す る よ うに な った. 1936年,Institute of Metalsが 発 行 し た 彼 の 著 書 "Tke
Stmoture of Metals and Alloys"は こ の よ う な H.-R.の 研 究姿 勢 の成 功 の 偉 大 な 第 一 歩 で あ る とい え よ う.こ の書 は そ れ ま で ほ と ん ど経 験 の集 積 に 過 ぎ な か った 冶金 学 に 理 論 的 な基 礎 づ け を 与 え た最 初 の書 で あ り,特 に若 い人 々か ら歓 迎 され た. H.-R.の 小 さ な研 究 グル ー プ は"一 室 と中庭"と い う 恵 まれ な い環 境 の下 で 仕 事 を 続 け偉 大 な成 果 を あ げ た が,当 時 のOxfordに は 冶金 学 科 が 無 く彼 の研 究 に 参 加 した の は 化学 また は 物 理 の卒 業 生 或 い は 他大 学 の 冶金 の 卒 業 生 で あ った.第 二 次大 戦 の間 に 研 究 グル ー プは"2 つ の部 屋 と中 庭"を 占め るほ ど大 き くな った .戦 後,グ ルー プ の 興味 は金 属 の 変 形 の理 論,固 体 の 相 変態 に まで 広 が り,研 究 は 冶金 学 的 色彩 が一 層 強 い もの に な って き た.ま た この頃,Oxford市 内や 近 郊 に 金 属 関 係 の工 業, 研 究 所(た とえ ばHarwellの 原 子 力 研 究 所)が 生 れ, Oxford大 学 に 冶 金 学 の 研 究 セ ン ターを 作 るべ きだ とい う要 望 が 高 ま って き た. 1954年 秋 の 金 属 学 会 はOxfordで 開 か れ た.H.-R.の 研 究 グ ル ー プ の 量 質 と も に 秀 れ た 研 究 成 果 と 貧 弱 で 狭 隆 な 研 究 設 備 ・環 境 の 対 比 は あ ま り に 歴 然 と し て お り,こ の 学 会 に 出 席 した 人 々 の 間 にHume-Rotheryを 物 心 両 面 で 援 助 し よ う と い う動 き が 起 っ て き た.そ の 最 初 の 具
体 的 な 表 わ れ がPressed Steel ComPany of Cowleyに
よ るGeorge Kelly Readershipの 寄 贈 で あ り,H.-R.は
1955年 初 代 のGeorge Kelly Reader† †† に 選 ば れ た.
1956年 に は そ れ ま で 化 学 の 一 分 科 で あ っ た 冶 金 学 が 一 つ の独 立 した 専 攻課 程 と し て認 め られ,産 業 界 か らの 寄 金 を も受 け て新 しい建 物 の計 画 も具 体化 し て きた が, まだ 冶金 学 教 授 の 席 の め ど はた って い なか った.そ の た め に必 要 な基 金 を 求 め て友 人達 が 奔 走 し,特 にHarwell 原 子 力研 究 所 の金 属 部 長,H.M.Finnstonの 尽 力 に よ り, Issac Wolfson(Great Universal Store)の 好意 でWolfson 財 団か ら65000ポ ン ドの 寄 贈 が あ り,1957年11月19 日,H.-R.は 初 代 のIssac Wolfson教 授 に 就 任 した ので あ る.し か しな が ら,H.-R.に と っ て この 地 位 につ くこ とは 少 な か らぬた め らい を 覚 え る ことで あ った.彼 自身 は 一 研 究 者 で あ る こ とで 十 分 幸 福 で あ った し,つ ん ぽ と い う身 体 障 害 の 身でDepartmentの 指 導 が で き るだ ろ う か と思 い 悩 ん だ.ま た 果 して 冶 金学 科 に 優 秀 な 青年 子 女 が集 ま るだ ろ うか と い うの も大 きな心 配 で あ った. 10万 ポ ン ドを 投 じて 建 て られ た ビル デ ィン グは1960 年5月31日 に 完 成 した.1925年 に一 つ の実 験 台 か ら出 発 したOxford Metallurgyは35年 の歳 月 を 経 て充 分 な 設 備 を 備 え た 独立 した学 科 に 成 長 した ので あ る. 彼 は1966年 に 退官 した が,他 大 学 に おけ る講 演,著 作 や 旧著 の改 訂,そ の他 の予 定 が 数 多 くあ る とい うま こ とに"活 動 的 な 引 退"で あ った.退 官 後 も変 らぬ 活 力 で 仕 事 を 続け,生 活 を 楽 しんで いたHume-Rotheryを 知 る人 々に とっ て,1968年9月27日 の"巨 星 墜 つ"の 知 らせ は大 いな る衝 撃 で あ った 。 先 に のべ た よ うにHume-Rotheryは 少 年 時代 の重 病 に よ り完 全 に聴 覚を 失 な った が,家 庭 内 で は 読 唇術 に よ り"聞 き と る"こ と がで き,周 囲 の 人 々 に あ ま り不便 を 感 じさせ な か った.各 種 の 委 員 会 や 会 議 で は``筆 記者 (scribe)"(学 生 の1人 が この 役 を 勤 めた)を 用 い る こ と に よ り充 分 そ の 職責 を果 した.ま た 声 の大 き さを 適 度 に 制 御 す る こ とを 学 ん で,講 演 も立 派 に や る ことが で き る よ うに な った.彼 の 講演 は熱 情 を こ めて な され た ので, 聴 衆 もそ の情 熱 に ひ き こまれ る のが 常 で あ った. 彼 は釣 と絵 画 の趣 味 を もち,海 岸 や 山 の 写 生 を 好 ん † 日本 の学 士 院 会 員 に 相 当 す る. †† 直 訳 す る と"講 師"だ が,米 国,日 本 の 助 教 授 ま た は 教 授 に 相 当 す る.現 在Oxford Metallurgy
に はProfessor 2,Reader(後 出)1,Lecturer 6の
ポ ス トが あ る.
††† ReaderはProfessorとLecturerの 中 間 の 地 位 で
あ る.こ の 地 位 は そ の 後J.W.Christian,っ つ い
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伝
記
第13巻 だ 。用 が あ って ロン ドンへ 出 る際 に は 展 覧 会 や画 廊 を訪 れ る のを 楽 しみ に して い た 。 また 学 生 時 代 に は 不 自由な 身 体 で あ るに もか か わ らず,ス キ ー旅 行 を 組 織す る な ど 活 動 的 で あ った.Oxford対Cambridgeの ラ グ ビー 試 合 は 欠 か さず 観 戦 した し,ク リケ ッ ト試 合 を見 るの も好 き だ った.彼 は 人 生を 楽 しみ 朗 らか に 生 き,身 体 障 害 者 に あ りが ちな 引 込 思 案 は ど こに も見 られ なか った. 彼 は家 庭 と庭 園 を愛 し,教 会 に も欠か さず 出 席 した. 停年 の少 し前 か ら,サ ボ テ ソに 興 味 を 持 ち は じめ て い た.戯 曲や 詩 を 書 くの も趣 味 の一 つ で あ っ たが,こ れ は 純 粋 に 自分 の楽 しみ の た めだ け で あ った.唯 一 の出 版 さ れ た 文 芸 作 品 は 愛 娘Jenniferの た め に 書 か れ た 童 詩"On the nursery floor"で あ る 。 2.そ の 業 績 Hume-Rotheryは ,その生涯 を 通 して170を 越 え る原 著 論 文 を 発 表 した 。そ れ らの 内 容 は実 験,理 論 の 両 面 に わ た っ てい るが,い ず れ も金 属 合 金 の 本性,合 金 と中 間 相 の形 成 の理 解 を 深 め る こと を め ざ して い る 。 (1)Hume-Rotheryの 法則 彼 の 初期 の論 文 の 重 点 は,多 くの金 属 間 化 合物 の化 学 量 論 的 な 関 係 が 無機 化合 物 で知 られ て い る原 子価 則 と一 致 しな い理 由 を説 明す る こ とに おか れ てい る.B族 元素 を 含 む 銅 合 金 の体 心 立 方 β相 は,そ の 化学 組成 こそ まち ま ちで あ るが 価 電子 と原 子 の比 が1.5で あ る こ とを見 出 した 経 緯 は,ロ ン ドンで の学 位 の た め の研 究 の報 告 〔2〕に 記 され てい る。この 時期 にX線 回 折 の 手法 が金 属,中 間 相 の結 晶学 的 構 造 を 決 定す るた めに 使 わ れ る よ うに な り, H.-R.の アイ デ ィア と新 たな 構 造 に 関 す る知 見 が 結 び 合 って"電 子 化 合 物"と い う概念 が成 立 した.こ の用 語 は貴 金 属 とB族 元 素 が6電 子:原 子 比(e/a比)」 で ほ ぼ3/2, 21/13,7/4の 組成 で 生ず る体 心 立 方 相,r-brass型 相, 最 密 六 方 相 に対 し て用 い られ る. 学 界 に も っ と も大 き な 衝 撃 を与 えた の は1934年,2 人 の学 生 と共 著 で 発 表 され た論 文 〔17〕で あ ろ う。 これ は 銅 また は 銀 とB族 元 素 と の多 くの 合 金 につ い て,注 意 深 い熱 測 定 に よ り液 相線 を定 め,金 相 学 的 手法 に よ り1次 固溶 体 の溶 解 度一 温 度 曲線 を 決定 した 結 果 を のべ た もの で あ る。 この論 文 のdiscussionに お い て成 分 元 素 の相 対 的 なatomic sizeと 電 子 的 な 因 子 の 重 要 性 が は じめ て 指 摘 され た.す なわ ち,溶 媒,溶 質 の 原 子 直 径 の 差 が 士15%以 内 の時 に 固溶 体 が 形成 され る こ と,さ らに この 条 件 が 満 足 され る合金 に つ い て は,最 大 固 溶 度 は 溶質 原 子 の原 子 価 と系 統 的 な 関 係 に あ る ことが 示 され た(最 大 固溶 度 はe/aが1.4の 組 成 に 対 応). また 次 の2つ の 事実 「(1)液 相 線 を 組成 の関 数 と して 図2Cu-Zn,Cu-Gaの 状 態 図 〔138〕. 電 子 濃 度 に 対 し て 描 く と ほ ぼ 一 致 す る 。/ で は な く,at%× 原 子 価 の 関数 と し て,(2)固 相線 を at%×(原 子価)2の 関数 と して プ ロ ッ トす る と溶 質 原 子 が 異 な る場 合 に もそ れ ぞ れ 同一 曲線 に 重 な る.」は 電 子 的 因子 の重 要 性 を示 唆 す る もの で あ る.こ れ ら の関 係 は, の ちに 行 わ れ た よ り精 度 高 い 追 試 〔26〕に よれ ば,そ れ ほ ど正 確 な もの で は ない が あ る種 の3元 合 金 の凝 固,融 解 温 度 を計 算 す るの に充 分役 立 つ もの で あ る. 以 上 に のべ た 仕 事 は 合 金 に 関 す る"Hume-Rothery Rules"と して よ く引 用 され る も ので あ るが,こ れ は 冶 金 学 者 の み な らず 固 体 物 理 を 専攻 す る物 理 学 者 の 問 に も 関 心 を 呼 び お こ した.当 時,Bristol大 学 に あ ったMott 教 授,H.Jonesら は量 子 力 学 理 論 に もとつ い た 金 属 電 子 論,ブ リ リ ュア ン帯 の考 え方 に よ り金 属 合 金 の電 気 的, 磁 気 的 性質 に 関 す る研 究 を進 め てい た 。 これ らの研 究 は MottとJonesに よ る"The theory of the Properties of
metals and alloys"に くわ しい.彼 らの研 究 とH.-R.の 研 究 の 間 に は強 い 相 互 作 用 が 生れ,長 年 に わ た って 続い た. (2)ブ リ リ ュア ン帯 と合 金 の安 定性 ブ リ リュ アン帯 の考 え 方 に よ る合金 相 の安 定 性 の説 明 はJonesに よ っ ては じめ て提 唱 され,長 年 に わ た って 満 足 で き る も の と され て きた 。Jonesの 考 え方(3)は次 の よ うに要 約 で き る。 質 量m,速 度vの 電 子 の 運 動 エ ネ ル ギ ー は 欄2/2で あ る.自 由 電 子 の 波長 λ(=h/mv,h:プ ラン ク定 数)を 用 い る と と書 くこ とが で き る 。 波 数 ん(波長 λ の 逆 数)を 用 い る と,あ る んを 有 す る電 子 の エ ネ ルギ ーは"k空 間"に お け る半 径kの 球 の表 面 上 の1点 で 表 わ され,点 の位 置 は kの 方 向に よ って き ま る。この よ うに 表 現 す る とCuの よ うな 金 属中 の電 子 のエ ネル ギ ー は ん空 間 内 の球 で表 わ さ れ,も っ と も高 い エ ネル ギ ー状 態 は そ の半 径Kmaxに 対
図3波 数kと エ ネ ルギ ー の関 係. (a)自 由 電子,(b)結 晶 中 の電 子 応 し,他 のす べ て の状 態 は球 の 内部 の点 で 表 わ され る. 電 子 の数 を増 や す 一 例 え ばCuにZnを 添 加 す る― と こ の球 の半 径(お よび体 積)が 増 加す る.球 の表 面 は フェ ル ミ面 と呼 ば れ る.し か し,電 子 の増 加 に伴 う球 の体積 の 増 加 は 単 調 な 連 続過 程 で は な い 。 あ る波 長 の電 子 は原 子 面 に よ り回 折 を 受 け,こ れ に 対 応す るkの 値 に お い て エ ネ ル ギ ー と波 数 の間 の単純 な放 物 線 則(E∞k2)が 破 れ, エ ネ ル ギ ー の不 連 続 が 生ず る(図3参 照) .こ うした んの 臨 界 値 は,k空 間 に お け る 多面 体(第1ブ リ リュア ン帯) の面 上 に の っ て お り,こ の 多面 体 の形 は結 晶 構造 に よ り き ま る.し た が って,フ ェル ミ面 が ち ょ うど ブ リリ ュア ン帯 の境 界面 と接 触 して い る場 合,電 子 数 を さ らに増 や す と電 子 の全 体 の エ ネル ギ ー は 急激 に 増 加 し,そ の構 造 は 不 安 定 に な る 。 この 考 え方 に よ る と,Cuの(e/a=1) の フ ェル ミ面 は面 心 立 方 溝 造 に お い て は完 全 に 第1ブ リ リ ュア ン帯 の 内部 に 納 ま って い るが,Znを 添 加 し てe/a を 増 や し,フェ ル ミ球 が 次 第 に大 き くな って ブ リ リェア ン帯 の境 界 面 と接 触す る よ うに な る と,合 金 は 面 心立 方 の 固溶 体 と第2相 の混 合 相 に な った 方 が エ ネ ルギ ー が低 下 す る こ とに な る.こ の単 純 な理 論に よ って,Cuま た はAg中 のB族 元 素 の最 大 固 溶 度 がe/a=1.4に 対 応す る組成 で あ る とい う実 験 事 実 が 明 快 に説 明 され る(フェ (a) (b) 図4面 心 立 方 格 子 の 第1ブ リ リェ ア ン 帯 と フェ ル ミ面. 1930年 代 に 合 金 の 電 子 論 が は じ め て 提 唱 さ れ た と き,e/a=1の 純 銅 の フェ ル ミ 面 は(a)の ご と く ほ ぼ 球 状 で,e/aを か な り 増 加 さ せ る こ と に よ り(b)の 様 な 形 状 に な る と 考 え られ て い た.よ く引 用 さ れ る こ の 図 はSommerfeldとBetheの 著
("Elektronentheorie der Metalle", Handbuch der Physik,24/2(1933))に 掲 載 さ れ た も の で あ る 。 ル ミ面 と境 界 面 が 接 触 す る のは ほ ぼe/a=1.4の と きで あ る)。 同 様 な 考 え 方 で体 心 立 方 相,γ-brass型 お よび最 密六 方 型 中 間 相 の存在 す る組 成 域 が 説 明 され た 。 この よ うにHume-Rotheryの 見 出 し た 実 験 事 実 は Jonesの 理 論 に よ り単純 明快 に 理 解 され,合 金 の安 定 性 の電子 論 的 解 釈 は,比 較的 早 い 時 期 に か な りの成 功 を お さめ たか に見 え た 。 しか しな が ら,比 較 的 最近 に な っ て こ う した説 明 の基 礎 とな っ てい る根 本 仮 定 に 問題 が あ る こ とが 明 らか に な っ て きた.す な わ ち,フ ェル ミ面 の形 状 に つ い て 詳細 な情 報 を 与 え る実 験 手 段,deHaas-van Alphen効 果,異 常 表 皮 効 果 を 用 い た研 究(4)によ ると, Cuの フ ェル ミ面 は 第1ブ リ リ ュア ン帯 の 境 界 面 と接 触 して お り,e/a=1(純Cu)で は ほ ぼ 真 球 に 近 い とす る従 来 の仮 定 が 否 定 され た ので あ る。H.-R.は こ の点 につ い 図5純 銅 の フェ ル ミ面. 1958年,pippardが 異 常 表 皮 効果 か ら も とめ た もの(図4(a)と 比 較す る こ と) て深 く思 い を め ぐ らせ,こ の新 た な 知 見 と,実 験 的 に 見 出 され てい る相 の存 在 範 囲(e/a)の 関 係 を 如何 に 調 和 さ せ るべ きか に 心 を 砕 い た 〔134〕.1968年,H.-R.は 次 の よ うに のべ てい る†. 「 …過 去10年 間 の研 究 は,25年 前 に は 満足 な も の と思 わ れ た合 金 構 造 に 関 す る理 論 が実 は不 満 足 な もので あ る こ とを 明 らか に した か に 見 え る.フェ ル ミ面 を球 面 とす る仮 定 は あ る場 合に は 全 く正 し くない こ とが わ か っ た が,そ れ に して も純 金 属 の場 合 に球 面 で なか った フェ ル ミ面 が,合 金 化 に よっ て 球 面 に 近 くな る可 能 性 もあ る.い ず れ に せ よ合金 化 に よ り,ブ リ リュア ン帯 域 の境 界 面 に おけ るエ ネ ル ギ ー ・ギ ャ ップ の値 や パ ン ド構 造 の 詳 細 が 変 化 す る ことは 十 分 考 え られ る こ とで あ り††, rigid bandモ デ ルは 多 くの場 合成 立 しな い 。」.い ず れ に して もH.-R.に よ り見 出 され た 実 験 的 諸 関 係 は時 間 の 審 判 に耐 え て きた.そ れ を 基 礎 的 な立 場 か ら十 分 に解 明
† The Structure of Metals and Alloys,第5版(1969)
に よ る.な お,末 尾 の 論 文 リス トの 〔138〕は この 問 題 の歴 史 的 経 緯 と現 状 を のべ て い る 。
††
M.H.Cohen and V.Heine:Adv.Phys.,7(1958),
746
伝
記
第13巻 す る こと は,な お 今 後 に残 され た 課 題 とい うべ きで あ ろ う. H.-R.は またe/a∼1.5で 現 れ る 中 間 相 につ い て詳 し い 研 究 を 行 な った 。 こ の組 成 で は体 心 立 方,最 密 六 方 β-Mn型 な どの構 造 が 現 わ れ る が,あ る種 の合 金系 で は こ の内2種 が,Ag-Alで は3種 のすべ てが 出 現 す る.こ の よ うな 合 金 系 に よる差 異 は,構 造 の安 定 性 を 考 察す る 際 にe/a比 のみ な らず,atomicsizeの 差 や 電 気 陰 性度 の ち がい を も考 慮 にい れ る こ とに よ り統 一 的 に 説 明 で き る こと が示 され た 〔38〕. 1930年 代 の 中 頃 に は,以 前 に 手 が け 始 め たMg合 金 〔5,11〕に つ い て も,貴 金 属 合 金 の 場 合 と 同一 の視 点 で 種 々 の 実 験 結 果 を 整 理 し考 察 で き る こ とを 明 らか に し た 〔29〕. (3)状 態 図 と 固溶 体 Hume-Rotheryは1933年 頃X線 発 生 装 置(Metropo-litan-Vickers demountable X-raygenerator)を 購 入 し, 合金 の格 子 定 数 の測 定 を開 始 した.手 は じめ の仕 事 は, や は りCu,Ag合 金 で あ った が,試 料 の純 度,実 験 方 法, 化学 分 析,フ ィル ムの測 定 な どに 細 心 の注 意 を 払 い 精 度 の高 い(1/30000)結 果 を 出 した.稀 薄Cu合 金 に お い て は 同一 濃 度(at%)の 合 金 元 素 の添 加 に よる 格子 のひ ず み は,Zn-Ga-Ge-As系 列 に 対 して は3:4:5:7,Cd-ln-Sn-Sbに 対 し ては2:3:4:6で あ る こと 〔20〕,ま たMg 合 金 〔37〕,Al合金 〔72〕,遷移 金 属 の 合金 〔107,111〕につ い て も 一連の測定を行な うな ど置換型 固溶体の本性に関す る有
用 な知 見 を 提 供 した. 液 相 線 以下 の平 衡 状 態 図 を 作成 す るに あ た ってH.-R. が好 ん で 採 用 した の は金 相 学 的 方 法(所 定 の温 度 に保 持 し平 衡 状 態 に した の ち,急 冷,切 断,研 摩,検 鏡)で あ る.彼 は 眼 で 詳 細 に観 察 す る こ とに よっ て のみ,第2相 の 存在,試 料 の均一 性,偏 析 の有 無,固 相 変 態 の有 無 が わ か る と主 張 した.こ の方 法 に よ り相 境 界 線 の位 置(温 度,組 成)が き め られ た.他 の研 究 室,特 にE.A.Owen 教 授 を中 心 とす る グル ー プ は格 子 定 数 の 組成 依 存 性 か ら 相 境 界 の位 置 を求 め る方 法 を好 ん で 用 い て い た.こ れ ら 二 つ の方 法 は必 ず し も良 い一 致 を 与 え な か った.H.-R. とOwenの 二つ の グル ー プの 間 で,友 好 的 で は あ るが 激 しい や りと りがか わ され,つ いに ロン ドンで1日 が か り の討 論 会 が もたれ た ほ どで あ った(5).時 間 が たつ につ れ て こ の論 争 は お さ ま り,両 者 の 方 法 を 併 用 して研 究 を 進 め る のが 最 適 で あ るとい う認 識 が 深 ま って 行 っ た. Hume-Rothery自 身,X線 回 折 法 の 利 用 に 積 極 的 で あ り,高 温 〔27,144〕お よび 低 温 用 のデ バ イ ーシ 誤一 ラー ・カ メ ラ〔71〕を 開 発 した 。 (4)戦 時 中 の 研 究 戦 時 中,H.-R.の 研 究 室 は 供 給 省 お よび航 空 機 製 造 省 (Ministries of Supply and of Aircraft Production)の た め の研 究 を 行 な った.す なわ ち,Ti鋼 の状 態 図,Ti鋼 中 の炭 化物,窒 化 物 の研 究,Al,Mgを 基 とす る複 雑 な 合 金 に 関す る研 究 で あ る。こ の期 間 に お い て もH.-R.は 種 々の 問題 を 理 論 的 側 面 か ら眺 めつ づ け た.特 にAlの 3元,4元 合金 に お け る等 温 固溶 度 曲線 の形 状 に 関 す る 仕 事 は か な りの進 展 を 見 た.解 析 の方 法 は"質 量 作 用 の 法 則"を 基 礎 とす る も ので,初 期 の 報 文 〔21〕に そ の考 え 方 が 示 され て い る. (5)遷 移 金 属 合 金 の研 究 戦 後H.-R.の 興 味 は高 融 点 金 属 合 金 に広 が っ てい っ た.高 温 熱 分 析 の巧 妙 な方 法,真 空 また は 不 活 性気 体 中 で の熱 処 理 法 を 考 案 し,そ れ まで 余 り研 究 が な され てい な か った 問 題 に 取 組 ん だ.Cr-Mn系 〔88〕に 関 す る研 究 が この 頃 の初 期 の仕 事 で あ る.こ の成 功 に 勢 い を得 て,Fe 合 金 に 関 す る系 統 的 な 研 究 が 開始 され た. と ころ で 高 融点 の金 属 材 料 は そ の ほ と ん どが 遷 移 金 属 を 主 体 とす る もの で あ るが,遷 移 金属 の電 子 構 造 に 関 し ては 多 くの 人 々 が興 味 を 抱 い てい た.Hume-Rotheryが 仕 事 を 始 め た 時期 に は二 つ のモ デ ル が提 唱 され てい た. そ の 一 つ は 集 団 電 子 モ デル(collective electron treat-ment)で あ り,遷 移 金 属 の 特性(中 で も磁 気 的,電 気 的 性 質)を4bandの 不 完 全 性 か ら説 明 し よ うとす る もので あ る.例 えぽCuの34bandは10個 の電 子 で完 全 に 満され,34よ りエ ネ ル ギ ー的 に 高 い 位 置 に あ る43band に1個 の電 子 が 入 って い る のに対 し,周 期 律 表 です ぐ隣
りに あ る元 素,Niで は34bandに は.9.4個,4sband に は0.6個 の 電 子 が 入 って お り,34bandの0。6個 の holeがNiの 磁 気 的 性 質 を 決 め てい る とい うので あ る. い ま一 つ の モ デ ルはPaulingの 提 唱 に よる もので,共 有 結 合 の考 え方 †に 立 つ もの で あ る.こ の モ デル で は 結 合 に あず か る電 子 の数 を 化 学 の考 え 方 か ら導 び く.す な わ ち周 期 律 表 の 第1長 周 期 に お い て,結 合 電 子 の数 はK に おけ る原 子 あ た り1個 か らVの5個 まで順 に増 加 し, これ が こ の系 列 に おけ る融 点 と凝 集 エ ネ ル ギ ー の増 加 傾 向 と対 応 して い る.遷 移金 属 の融 点 が ほ ぼ一 定 の高 い 値 を示 し,原 子 間 距 離 もほ ぼ一 様 で あ る こ とは,こ れ ら の 金 属 で は結 合 に あ ず か る電子 の数 が 近 似 的 に一 定 数 で あ る こ とを示 唆 し てい る.こ の一 定 数 以 上 の電子 は非 結 合 性 の 軌 道(atomic orbital)に入 り,磁 気 的 性 質 を 決定 す る.Paulingの 仮 説 に よれ ば,Niの 場 合 ア ル ゴン 閉殻 の 外 側 に あ る10個 の電 子 の うち5.78個 は結 合 軌 道,4.22 † 詳 細 はPauling著"化 学 結 合 論"(小 泉 正 夫 訳,共 立 出版,改 訂 版,P.359)を 参 照.
個 は 非 結 合 軌 道 に 入 る.ま た,低 温 に お け るFe-CQ合 金 の 最 大 飽 和磁 気 能 率 の 実 験 結 果(図6)か ら,Pauling は 非 結 合 軌 道 の 数 は1原 子 あ た り最 大2.44個 で,各 軌 道 は 反 対 ス ピ ン の2個 の 電 子 を 収 容 し う る も の と 考 え た. 電 子 は で き る 限 り ス ピ ン を 平 行 に 保 と う と す る(Hund の 規 則)か ら,Niの4.22個 の 非 結 合 電 子 は2.44個 が 一 方 向 の ス ピ ン,1.78個 が 反 対 方 向 の ス ピ ン を 持 つ こ と に な り,結 局Niは0。66ボ ア ー ・マ グ ネ トン の 磁 気 能 率 を 持 つ こ と に な る.以 上 の 考 え 方 は 前 述 の 集 団 電 子 模 型 と や や 異 な っ た 性 格 の も の で あ り,Pauling流 に い う と Cu,Zn,Ga,Ge,Asの"原 子 価"は5.44,4。44,3.44, 2.44,1.44と な る †。 図6鉄 族遷 移 元 素 とそ の合 金 の1原 子 あ た り の飽和 磁 気 能 率 の 実 測 値.(ポ ー リン グ "化学 結 合 論"よ り) Hume-Rotheryは 以 上 の二 つ の 解 釈 の 仕 方 の 相互 関 係,優i劣 に つ い て 深 く 考 察 した.い くつ か の論 文 〔85・106・ 110〕に お い て ,Paulingの 仮 説 と集 団 電 子 模型 の対 立 点 を 事 細 か にそ して きわ め て公 平 な態 度 で 論評 した.彼 の結 論 は 次 の通 りで あ る. ” Paulingの 仮説 は た しか に 多 くの合 金,中 間 相 に おけ る原 子 間距 離 や 構 造 に つい て矛 盾 のな い 説 明 を与 え る こ とは 認 め ざ るを 得 な い が,遷 移金 属 や そ の他 の 金属,合 金 に つ い て一 般 的 に 議 論 す る場 合 には 集 団 電 子模 型 を採 用 した 方 が 良い". しか しな が らH.-R.は 集 団 電 子模 型 に完 全 に 満足 し てい た 訳 で は な く,協 同 研 究 者 と の論 文 〔92〕に お い て遷 移金 属 元 素 の原 子価 につ い て の新 た な提 案 を し てい る. これ は遷 移 金 属 元 素 の物 理 的 性 質,合 金挙 動,一 般 化 学 で 知 られ てい る事 柄 を基 礎 とす る も ので あ る 。 遷 移 金属 やFeの 合 金 に 関す るH.-R.の 研 究 は 初 期 の貴 金 属 合金 に 関 す る研 究 と同様 に 綿 密 か つ系 統 的 に 行 な わ れ た けれ ど,得 られ た成 果 は貴 金 属 合 金 に対 す る も の の よ うに 美 し くま とま った も の とは 言 え ず,Hume-Rotheryも い さ さか 失 望 した に違 い な い.し か しな が ら これ らの一 連 の研 究 に よ って よ り正 確 な 知 見 が,よ り系 統 的 な 形 に整 理 さ れ た こ と を 指 摘 して お くべ きで あ ろ う。
(6)Average Group Number
上 述 の 様 に 遷 移 金 属 の 原 子 価 に は あ い ま い さ が あ る 。 こ の た めHume-Rotheryは 電 子 的 因 子 の影 響 を 議 論 す る 際,AverageGroupNumber(AVN)を 好 ん で 使 用 し た 。例 え ばTi-V-Cr-Mn-Fe-Co-Niの 元 素 系 列 に お い て 各 元 素 のgroupnumberは,ア ル ゴ ソ 閉 殻 の 外 側 に あ る 電 子 の 数-Tip4,Nip10-に と り,50Fe-5QCo合 金 のAGNは8.5と す る の で あ る.こ の 見 方 に 立 つ と,Fe に 対 し て1%のCoの 添 加 は0.5%Niに 相 当 し,1%Cr は0.66%vま た は0.5%Tiに 相 当 す る.実 際 に は 同 一 のAVNに お い て も格 子 の ひ ず み が 著 し く 異 な る た め に こ の よ うな 単 純 な 関 係 は成 立 し な い け れ ど,定 性 的 な 傾 向 は 歴 然 と し て い る.す な わ ちFeに 合 金 元 素 を 加 え た と き の 格 子 膨 張 の 大 き さ を 溶 質 原 子1%あ た り で 比 較 す る と,Mn<Cr<V<Ti,Co<NiくCuの 順 に な る 。 ま た,Ni,β-Co,γ-Feを 溶 媒 と しCr,Vを 溶 質 と す る2 元 面 心 立 方 合 金 の 固 溶 限 は い ず れ もAGNが7.7∼7.8 の 領 域 に あ る.Mnが 溶 媒 の と き は 例 外 で あ る が,上 述 の 関 係 はCu,Ag中 のB族 元 素 の 固 溶 度 に 関 す る 初 期 の 結 果 と 類 似 し て い る 。 H.-R.と そ の 協 力 者 等 は 遷 移 金 属 の 合 金 系 に 現 れ る 各 種 の 中 間 相 に つ い て もAVNに よ る 統 一 的 説 明 を 試 み た.特 に,周 期 律 表 に お け るIV,V,VI族 元 素 とVII,VIII 族 元 素 の2元 合 金 に は 多 く の 複 雑 な 中 間 相 が 出 現 す る が,AVNの 増 加 順 に 整 理 す る と, 体 心 立 方 構 造,Cr3Si構 造,σ,μ,χ 構 造, 最 密 六 方 構 造,面 心 立 方 構 造 と な り,ぴ 構 造 はAVN=5.6∼7.6,Z構 造(αMn型)は AVN=6.2∼7.0な る 値 で 出 現 す る.こ れ ら 複 雑 な 構 造 の 中 間 相 に お い て も,"構 造 の 安 定 性 を 決 め る 主 要 な 因 子 はatomicsizeeffectよ り もelectronicfactorで あ る"と い う の がH.-R.の 主 張 で あ る. (7)Engel-Brewer Theory Hume-Rotheryは そ の 研 究 生 活 の 晩 年 に お い て,
N.Engelに よ り提 唱(Kern Maanedsbland,1949,(5)∼
(10))††さ れ,Brewerに よ り発 展 さ せ ら れ た 合 金 の 理 論 † これ ら の 価 はNiの 原 子 価 を5.78と し て 導 い た も の で あ る.Niの 原 子 価 を6と す れ ぽCu,Zn,… は5.56,4.56… と な る(Raynor教 授 か ら の 私 信 に よ る)。 †† こ れ ら の 論 文 は デ ン マ ー ク 語 で 書 か れ た も の で あ る.英 文 原 稿 は1940年 代 お よ び1952年 にAIME, Trans.ASM,ActaMet.に 投 稿 さ れ た が,あ ま
りに オ リ ジ ナ ル で 新 奇(too original and novel)で あ る と い う理 由 で 掲 載 拒 否 さ れ た と い う.(L.
Brewer:Electronic Structure and Alloy
Chemi-stry of the Transition Elements,Ed.by P.A.
Beck,Interscience Publishers,(1963),p.221.
748
伝
記
第13巻 に 強 い 興 味 を 示 した.Engelの 基 本 仮 定 ほ,金 属 の 主要 な3種 の結 晶 構 造 一 体 心 立 方,最 密 六 方,面 心 立 方(そ れ ぞれNa,Mg,Alが 典 型例 で あ る)一 は(s+p)電 子 の 数 が1,2,3個 で あ る こ と と 関 連 が あ る とす る もので あ る.EngelとBrewerは こ の考 え 方 に もと つ い て,遷 移 金 属 とそ の 合金 に つ い て の 多 くの実 験 事 実 を 説 明 し,固 溶 度 や 中 間 相 の組 成 域 を も正 し く予 言 す る こ とに成 功 し た.当 然Hume-Rotheryは こ の 考 え方 に深 い 関 心 を 寄 せ,か つ てPaulingの 仮 説 を 検 討 した の と同 様 な 熱 心 さ で 理 論 の妥 当性 を 考 察 し た.H.-R.はEngelの 基 本 仮 定 が,Li,Naに 最 密 六 方 相 が あ る こ と,Beに 体 心 立 方 相 が あ る こ と,Ca,Srに 面 心 立 方 相 が あ る こ とを 無 視 して い る こ とを 指 摘 した し,根 底 とな る理 論 に も満 足 し なか った.Engel-Brewer理 論 の 概 要 の 紹 介 と これ に 対 す るH.-R.の 批 判 は1967年 に 発 表 さ れ た 長 文 の review〔174〕に余 す と ころ な くのべ られ て い るが,要 す る と ころ"Enge1-Brewer理 論 は 多成 分 系 に おけ る 相 につ い て 有 効 な 予言 をす る こ と が で き 高 く評価 され るけ れ ど,だ か らとい っ てそ れ は基 本 仮定 の正 し さを 証 明 して い る とは 断 定 で き な い"と い う ことで あ る。 (8)執 筆 活 動 Hume-Rotheryは 研 究 者 と し て 偉 大 な 成 果 を挙 げ た が,著 作 者 と して も難 解 な事 柄 を わ か り易 く解 説 す る と い う困 難 な 仕 事 に大 き な成 功 を お さめ た.初 期 の研 究 の 過 程 に お い て,彼 は合 金 の構 造 を 議 論す る上 で 原 子 構 造 や 固 体 の理 論 を 明快 に理 解 す る こ との重 要 性 を 痛 感 し, こ の こ とを 他 の人 々 に も伝 え た い と考 え た 。彼 の最 初 の 著 作"The metallic state"は1931年 に 出 版 され た が, 非 常 にわ か り易 く書 かれ てい る。1936年 に 出版 され た"The structure of metals and alloys"は 冶 金 学 の分 野 に 大 き な 反響 を呼 び起 した .こ の本 は 冶 金 屋 達 に 初 め て原 子 構 造,金 属 状 態 の理 論 の概 要 を紹 介 し,平 衡 状態 図 の形 状,固 溶 限,中 間 相 の形 成 が原 子 の寸 法 や 電 子 的 な諸 因 子 に よ り如何 に影 響 され る か を説 明 した.こ の本 こそ は 冶 金 屋 に とっ て,構 造 金 属 学(structural metallurgy)の 科 学 的 基 礎 を 初 め て説 明 し た本 と言 え よ う.H.-R.は こ の本 の内 容 を常 に時 流 に 遅 れ ない も の とす る よ うに心 を 砕 い た.第3版(1954),第 4版(1962)はRaynorと の共 著 で,第5版 はSmallman とHaworthと の 共 著 で 発 行 さ れ た.こ の 第5版 は Hume-Rotheryの 死 亡 の時期 に は ほ ぼ 準 備 が 完 了 して お り,1969年2月 に 出版 され た が,偉 大 な る学 者 の業 績 を 記 念 す る好 個 の 記念 碑 とな った感 が あ る. Hume-Rotheryは 金属 を理 解 す るた め に は原 子 論 ,量 子 力 学 を 学 ぶ 必要 が あ る と感 じて い たが,戦 前 の冶 金学 科 で は こ う した教 育 は行 な わ れ て い なか った.1946年 に 出 版 され た"Atomic theory for students of
metal-lurgy"† は そ の 当時 新 しか っ た 量 子 力 学 の理 論 の意 味 す る と ころを わ か りや す く説 いた も ので,物 理 学 や 数 学 の 知識 が 乏 しい 読 者 に も基 本 原理 とそ の応 用 が 理解 で き る よ うに 説い た名 著 で あ る.こ の本 は1952,1960,1962年 に 改 版 され て い る 。 こ の本 は学 生 に対 し て は 非 常 に秀 れ た 教 科 書 で あ る が,"古 い 世代"の 冶 金 屋 に は な じみ に くい とい う声 も あ った.Hume-Rotheryは この点 に 気 を 使 い,あ る人 か ら挑 戦 を 受 け て立 ち,工 業 界 に 働 く 冶金 技 術 者 の間 で よ く読 まれ て い る週 刊 誌"Metal Industry"〔66〕にわ か り 易 い読 物 を 連 載 し た.こ れ は"older metallurgist"と " youngscientist"の 対 話 の 形 で 書 か れ て お り,後 に ま
とめ て"Electrons,atoms,metals and alloys"と 題 し て 1948年 に 出版 され た ††.
1952年 にJ.W.Christian,W.B.Pearsonと の 共 著 で 刊 行 さ れ た"etallurgical equilibrium diagrams"は H.-R.の 研 究 室 に おけ る経 験 の集大 成 で あ り,今 日で も 広 く利用 され てい る.1961年 発 行 の"Elements of struc-tural metallrgyは 冶 金 学 科 の学 生 に 対 す る初 級 の教 科 書 と して書 か れ た も ので あ るが,こ こに も明快 で 注意 深 い 記 述 と い うHume-Rotheryの 面 目躍 如 た る もの が あ る。 Hume-Rotheryは,死 ぬ 前 に 是 非 彼 の 理 論 的 な ア イ デ ィアを 鉄 合金 に適 用 した 本 を書 きた い も のだ,と しば しば 周 囲 の 人 に も ら し てい た.こ の願 望 は,The struc-ture of alloys of iron:an elementary introduction"と
して実 り,1966年 に 出 版 され た †††.この本 に お い て は, 遷 移 金 属 の電子 論 は合 金 挙 動 を定 量 的 に説 明す るほ ど の と こ ろ には きて い な い と強 調 しな が ら も,鉄 合 金 に お け る諸 因 子 の系 統 的 な効 果 に 関 して 見 事 な整 理 を 行 な って い る 。 *** 冒頭 に紹 介 したRaynor教 授 の講 演 は 次 の よ うに 結 ば れ て い る(1)。 「こ こで ビ ュー・ムーロザ リーが か くも輝 しい貢 献 を成 し た 合 金 の科 学 の将 来 に つ い て,少 し考 え て み た い と思 い ます.合 金 の研 究 は 近年 長 足 の進 歩 を とげ ま した が,こ れ は一 つ には 新 た な 実 験 技 術 に よ る も ので あ り,い ま一 つ に は理 論家 が 膨 大 な 計 算 を な し得 る よ うに な っ た ことに よ ります.こ の結 果 と して問 題 は きわ め て 複 雑 で あ る こ とが再 確 認 され ま した.異 な る理 論 的 モ デ ル が非 常 に 似 通 っ た結 果 を 与 え,合 金 の本 性 に つ い て の描 像 を持 つ こ とが きわ め て困 難 な 情 況 に あ り ま す.私 ど もはい まな お,ヒ ュー ムーロザ リー の導 きに 従 って,説 明 され るべ き † 吉 岡 正 三 訳,金 属 学 の た め の 原 子 論,コ ロ ナ 社, 1968。 †† 鈴 木 平 監 訳,対 話 金 属 基礎 論,ア グ ネ,1971、 ††† 平 野 賢 一 訳,鉄 鋼物 性工 学 入 門,共 立 出 版,1968。
事 実 を正 確 に,あ い まい さを 残 す ことな く確 立 す る必要 が あ ります.同 時 に質 の高 い 実 験 手段 に よ り,理 論 的研 究 の予 言 す る と ころ意 味 す る と ころ を チ ェ ックす る こ と も必 要 で あ ります.こ の よ うに,広 く成 立 す る規 則 性 を 見 出 す こ と,理 論的 な 仕 事 を厳 密 に チ ェ ックす る こと の二 通 りの方 法 で理 論 に刺 激 を 与 え る ことに よ って,合 金 の 科 学 は 均 斉 の とれ た 発 展 をす る ことが で き ます.こ れ ぞ ま さ し くヒ ュー ム ーロザ リー の生 涯 とそ の業 績 が 我 々 に 教 え る教 訓 の一 つ で あ ります.し か しな が ら我 国(英 国) に おい ては 現 在,こ の教 訓 を 充 分学 び と っ てい る とは 申 せ ませ ん.合 金 の状 態 図 を 正 確 に 決定 す る こ と,あ る系 と他 の系 を 相 互 に 注意 深 く比 較 す る こと,基 本 原 理 に立 戻 っ て類 似 と相 異 の 原 因 を考 究 す る こ とな どは 時 代 遅 れ の研 究 と見 な す 風 潮 が あ ります .何 か を発 見 し相 互 関 係 を 見 出 そ うとい った 半経 験 的 な 研 究 は この 国 では もは や 活 発 に は 行 なわ れ て お りませ ん 。 ヒ ュー ム ーロザ リーに よ って 確立 され た こ の方 面 の研 究 に お け る先進 性 を我 々 は放 棄 す べ きで し ょ うか?"ヒ ュー ム ーロザ リー な らば この間 に 対 して ど う答 え るで あ ろ うか …"私 ど もは知 っ て い るは ず で あ ります 。 広 く行 な わ れ てい る有 益 な 理 論 的研 究 の重 要 性 を い さ さか な りと も過 少 評価 す るつ も りは 毛 頭 あ りませ ん が, 我 国 の研 究 室 一 大学,民 間 を問 わ ず 一 に お い ては 十 分 多 くの 人 に系 統 的 な 状 態 図研 究 のた め の教 育,訓 練 を 授 け る必 要 が あ ります.そ の こと に よ って ヒ ュー ム ー ロザ リ ー の業 績 を継 承 す る のみ な らず,実 用 的 に重 要 な 材料 の 本 性 を 理解 す るた めに 彼 の 方法 を適 用 で き る人 々 を生 み 出 し得 るの で あ ります.」 最 後 に,本 稿 を執 筆 す るに 際 して暖 い 激 励 を い た だ い たRaynor教 授,原 稿 を 読 ん で有 益 な ご注 意 を 頂 い た東 北大 金研 岩 崎 博 助 教 授,Hume-Rotheryの 写 真 を 提 供 して下 さ った 東 北 大 学工 学 部 平 野 賢 一教 授 に感 謝 の 意 を 記 して お きたい. Hume-Rotheryの 論 文 リ ス ト(抜 粋)†
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† これ はRaynorに よ るMemoirs(2)の 末 尾 に あ る 論 文 リス ト(計178篇)の うち,本 稿 に 引用 した も の のみ を 抜 粋 した もので あ る.文 献番 号 は完 全 な リス トに対 す る もの と同 じに して あ る。750
伝
記
第13巻〔110〕1955.The transition metals.Met Ital.47,299.
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(with R.E.SMALLMAN C.W.HAWORTH.)•l 1946 Atomic theory for students of metallurgy.
Institute of Metals Monograph and Report Series,
No.3•kSecond edition(revised),1952;Third edition(revised),1960;Fourth edition(revised), 1962.•l
1948 Electrons,atoms,metals and alloys.Current edi-tion published by Dover Publications,Inc., New York.•kThis Dover edition,first published in 1963,is,a revised and enlarged edition of the second edition(1955)of the work originally published for Metal Industry by the Louis Cassier Co.,Ltd.,in 1948.•l
1952 with J.CHRISTIAN & W.B.PEARSON.) Metallurgical equilibrium diagrams.London: Institute of Physics (Physics kin Industry Series).
1961 Elements of structural metallurgy.Institute of Metals Monograph and Report Series,No.26. 1966 The structure of alloys of iron:an elementary
introduction.Commonwealth and International Library of Science,Technology,Engineering
and Liberal Studies.London:Pergamon Press.
文 献
