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微細構造とは？

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結晶構造

EBSD技術の仕組みを見る前に、 結晶の概念と「微細構造」という言葉を理解することが重要です。

金属や鉱物、セラミックスなど、身近な物質の多くは結晶性を持っています。結晶材料では、材料を構成する原子が、空間内で周期的に繰り返すように配置されています。この原子を配置した架空の3次元格子を結晶格子と呼びます。もちろん、原子の大きさも、繰り返される原子のグループ間の距離も微小です。例えば、アルミニウムの場合、原子は立方体の角と面の中心に配置されています。この立方体の辺の長さは0.405ナノメートルで、人間の髪の毛の幅の約20万分の1（1ナノメートルは10^-9メートル）です。

原子レベルで見ると、物質の結晶構造は非常に規則的です。この規則正しい結晶格子が、方位を変えることなく何ミリもの距離で繰り返されることがあり、これを単結晶と呼びます。例えば、水晶のような鉱物の天然結晶では、目に見える結晶の形や対称性が、原子構造の規則性を反映しています。また、単結晶は加工することもできます。例えば、半導体産業で使用される単結晶シリコンウェハーは、最大で幅300mmにもなります。

フェライト（BCC Fe）の単位セルは、立方晶単位セルの角と中心にある原子を示します。

鉄原子（赤）と炭素原子（緑）を含むセメンタイト（Fe₃C）の単位セル。

単位セルを空間的に繰り返すことで形成されるセメンタイトの結晶構造。

しかし、多くの場合、結晶構造は短い距離で均一であり、材料は単結晶の「粒」の集合体として形成されています。このような材料は「多結晶」と呼ばれ、結晶粒の大きさはナノメートルから数センチメートルに及ぶことがあります。個々の結晶粒の中でも格子は完全ではなく、材料の挙動に重要な影響を与える欠陥が含まれている場合があります。結晶格子の方位は粒によって異なるため、界面には粒から粒への方位の変化（「ミスオリエンテーション」）で定義できる粒界が存在します。

材料は一般的に単結晶粒子の集合体です。

鋳造品に見られる粒子の構造。

微細構造

多くの変形材料や加工材料において、異なる粒子の結晶格子の3D 配向はランダムではありません。これらの格子方位の性質および程度は、材料科学では「集合組織」（地質学では「結晶の優先方位」）と呼ばれます。また、岩石中の異なる鉱物や二相鋼中の異なる鉄の構造のように、多くの材料には多相（異なる結晶構造が含まれる材料）が含まれています。

材料の粒子の集まり、相の分布、および粒界の性質などを、気孔や介在物などの他の微細な構成要素と共に考慮して、これを材料の微細構造と呼びます。

強い集合組織

弱い集合組織

*弱い集合組織の材料（前）と強い集合組織の材料（後）の画像例。