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金属材料という分野 part2

続き。

③熱力学(院試に出る)、化学反応速度論(院試に出る)、金属組織学

熱力学といっても、実は化学系のものと、機械系のものと、物理系のものと、僕のやった熱力学は異なる。

化学系の熱力学は、物理化学という大きな学問体型の中の一つ。

機械系の熱力学は、熱機関が主な対象となっている気がする。

物理系の熱力学は、『熱力学 田崎晴明』、少し難しいけど演習がたくさんついている『キャレン 熱力学および統計物理入門』みたいな学問対象として熱力学をあつかっている?イメージ。

では、金属材料系では?と言うと、

『ある材料Aとある材料BをまぜるとCができる』(A+B→C)

という反応式に対して、エネルギーの観点から反応を考えるという事をやる。

エネルギーの低い方向に反応が進む事は言うまでもなく、温度上昇とともにその様子は変化する。(酸化のしやすさを見るエリンガム図というものがあります。)

こういう学問を基礎とした金属の状態図の授業があった。

熱力学では、無限時間を前提として議論しています。Cという物質はできるんですが、100年で1gです、では工業的に成立しない場合が多いので、反応速度というのも学習します。(化学系でもたぶん学習する。)

要はどれくらいの時間でどれくらい反応が進むか、という事を知る学問です。

しかし、実際の反応を考える際に、これでは不十分で、

反応の速度を決めているのは(律速過程)は反応だけではないかもしれないからです。仮に、2つの箱の中に、お互い反応性が高い気体同士が入っていたとして、その箱同士の結合部分が十分に細ければ、反応は活発であると言えないかもしれないし。つまり、物質移動も考慮しなければならないという事情があって、流体の講義の重要性があると思ってます。また、反応が電子を介する反応であれば(金属に腐食とか)、電気化学の守備範囲となり、それも授業で学習しました。

また、生成物のその反応系の対して作用するエネルギー変化も同様に考えなければいけません。(Cの方がAとBのエネルギーを足した値より低いから反応が進む!とはならない。)(安定性の議論)

また、2つの金属を混ぜた溶体を凝固させた際の金属組織についても学習します。

 

もっと詳しく書きたいんですが、ここでは定性的に授業内容を思い返すに止まっておこうと思います。参考書を書いておきます。

・ミクロ組織の熱力学 日本金属学会

・固体の熱力学 コロナ社

・状態図と組織 中江秀雄

・状態図入門 坂公恭

・金属材料組織学 朝倉書店

・材料組織学1、金属材料学

・電子移動の化学 渡辺正 中林誠一郎

(本ではありません。ネットでopenになっている講義録です。辻先生という鉄鋼材料を研究されている有名な先生です。上の金属材料組織学の著者の一人ですが、この教科書、非常によく纏まっていますがこれで理解するのは個人的に厳しかったので、講義の方が分かりやすいと思います。)

・固体内の拡散 コロナ社

 

④結晶学・強度学(院試に出る)

結晶学の基礎は色んな所で触れられています。

固体物理学(アシュクロフトマーミンとか)の中でも出てきますし、前述の金属材料組織学などでも出てきます。まあ、要は(1 1 1)面みたいなやつです。

強度学は、金属の結晶の方位性が強度に与える影響であったり、線欠陥である転位について学びます。転位は弾性論がベースになっているので、それについても簡単に学びます。書いていて疲れてきたので、本をあげておきます。

 

X線構造解析 早稲田嘉夫

(これに対応した演習書もあるので、良いかも。院試で出るのは演習書の3章まで。)

(あと、早稲田先生が書いた『熱力学ー問題とその解き方ー』は金属系の熱力学の演習書として良いと思います。電気化学の演習も載ってます!)

・カリティX線回折要論 松村源太郎 

(とても有名。実験方法みたいなのも書いてあって楽しい。持ってて間違いない。)

・結晶電子顕微鏡学 坂公恭

(個人的には結晶学で一番好きな本です。電子顕微鏡で有名な先生です。)

・材料強度の考え方 木村宏

(材料強度を比較的定性的に書いてる本。最後に高温変形の項もあります。)

・高温強度の材料科学ークリープ理論と実用材料への適応ー 中島英治

(院試には全く関係ないけども)

・材料強度の原子論 日本金属学会

(難しいけど、色々載ってる本。)

・入門転位論 加藤雅治

(かなり分かりやすい!また、東工大の講義録がネットでopenになってて、『格子欠陥と転位』っていうのが加藤先生が現役時代に書いた講義ノート、らしいです。)

・転位論入門 鈴木秀次

(持ってるけど、あんまり見ない本。難しそう。)

・結晶転位論 坂公恭

(坂先生の本は絵が多くて本当に分かりやすい。必要最低限の弾性論についての記述もある。)

・弾性論 ティモシェンコ

(この学問を作った人の本。ページの大半は材料力学で見たような内容だけども、なんとなく式を立てて解いてた、そのなんとなくの部分を詳しく書いてある本。ページ数は非常に多いが、論理の飛躍が全くと言って良いほどないので、読みやすい。そして、読んでいてすごく楽しい本。)

・解いてわかる材料工学Ⅰ・Ⅱ 永田和宏 加藤雅治

(金属材料系に焦点を合わせた総合問題集はこれ以外に見たことがない。熱力学、反応速度論、金属凝固、状態図、弾塑性論、転位などの演習ができる。誤植もいくつか見つけたが、次の行ではキチンと治ってたり、単位が間違えている程度の物が多いと思う。一番の問題はもう買えないこと。神保町の古書街で探しまくった。)

 

その他にも材料系の本として、

・材料の科学と工学[1]〜[4] WDキャリスター

(個人的には[1]と[2]しか持っていない。例題も結構あり、学び始めには良いけど、多分院試でも内容的に足りない。章末の演習問題にも解答がついてて、学びやすい。)

・材料科学1〜3 CRバレット

(基本的にキャリスターの本と同じような感じ。特徴としては、結構物性値が表にして沢山のってあって、(この値本当かな?っていうのもあるが)結構参照することが多い。ただ、章末の演習に答えがない。今後解答例でも載せれたらいいな、と思っている。)

・金属物理学序論 幸田成康

(格子欠陥から転位論に詳しい。章末に参考書をあげてくれていて、コメントもついているから嬉しいが、殆ど古い本で中々手にとって読めない。)

・金属用語集 長崎誠三

(勉強してると、知らない言葉が出てきて、調べると、どの辺の領域の話か大体分かる。英語の論文を読んでいても専門用語だと気づかない事があるので、この本を持ってると色々と捗る。)

 

院試に出る内容はここまで、だと思う。

次は、院試には出ないけど、授業があった事について書きたい。

金属材料という分野 part1

先日僕の所属する大学の大学院説明会(外部向け)がありました。

そこで、15人ほど興味を持っていただいたみたいで、実際に研究室見学に来てくださったんですが、所属が材料系の方もいれば、機械系の方もいらっしゃいました。

僕の大学では、金属材料を扱う専攻があるのですが、中には機械系学科内に含まれているような大学も多いという事だそうで、学部時代に授業で扱う内容が少し違うみたいです。

そこで、金属材料の学部授業についてと院試勉強について紹介してみようと思います。

大学院に限らず、進路決定の一助になれば幸いです。

※僕の大学院では院試に実際に出題される範囲は授業範囲よりも狭いので、勉強範囲については過去問を各大学の過去問をみてください。

 

〜数学〜

数学に関しては工学系で基本的に大きく変わらないと思います。

線形代数微積分、ラプラス変換フーリエ変換複素関数微分方程式くらいでしょうか。院試勉強ではマセマをやってれば良いみたいな風潮がある気がしますが、僕は『サイエンス社』から出てる演習書を不安な分野だけやって、『詳解と演習 大学院入試問題数学 海老原円...』を一通り勉強しました。

 

〜基礎物理〜

これも工学系では殆ど共通かと思いますが、少しだけ他学科と変わっているかも。

まず初めに、力学(解析力学も含む)と電磁気学量子力学固体物理学統計力学・熱力学を学習します。

と言っても、理学部物理とは違い、カリキュラム上そこまで深く学習する訳ではありません。力学・電磁気学ともに岩波書店の『物理入門コース』程度のレベルの講義でして、例えば、『理論電磁気学 砂川重信』みたいな内容はやっていませんし、量子物理への導入部分と成り得る?ような分野はすっとばした記憶があります。

力学、電磁気に関しては高校で習ったような領域を大学の数学で再記述する、というような内容だったと思います。

量子力学の授業は結構多かったです。(固体物理学へ展開していきます。)

波動方程式、井戸型ポテンシャル、調和振動子、水素原子モデル(確率密度関数とか)、磁気スピン、摂動あたりを取り扱いました。実は良くわかってないのですが、単位は取れたのでまあ良しとしています。

固体物理学統計力学や物性論の分野は複数の授業が横断的に行われたので、キーワードを残します。(院試では出ない分野です。)

化学結合、分子軌道(多粒子系・π電子近似とか)、格子振動、音響・工学モード、デバイ模型などですかね?

授業の教科書は『キッテルの固体物理学』でしたが、アシュクロフトマーミンの方が好きでした。『アシュクロフトマーミンの固体物理学の基礎』内で示されている、1学期入門コース講義に該当する部分はやった気がします。

統計力学は、マクロとミクロを繋ぐ学問だそうです。

授業はありましたが、出ていませんでした。(板書が読めず、出席もとらなかったので。)試験の過去問は持っていたので、おそらくの授業内容だけ示しておきます。

統計力学Ⅰ・Ⅱ 田崎晴明』の9章くらいまでの内容であったと予想されますが、非常に簡単な試験内容であったために、この本で勉強するのは試験勉強としてはオーバーワークかと思われますが、すごく人気のある本です。

最後に熱力学ですが、材料系独特のカリキュラムなので、次の項で。

 

〜金属材料系〜

ここからが、金属材料系が勉強する主な部分となります。(正直、基礎物理系の所は書くのがしんどかった。。)

①材料力学(院試に出る)

材料力学は、物体が壊れないという前提の元で、どれだけ伸びるか、撓むか、歪むか、ねじれるか、などを学習します。機械や建築系では、この先に動力学の構造力学や機械力学を学びますが、材料系では材料力学まで。教科書としては、『JSMEテキストシリーズ 材料力学』がわかりやすく、演習書はサイエンス社の『演習材料力学』を使いまいした。

流体力学・伝熱工学(院試に出る)

機械系ではかなり細かくやるそうですが、材料系では動力学の基礎(ベルヌーイの定理周辺)しかやらず、主に流体としては伝熱工学の講義が主です。伝熱工学は、『発熱体があって、物体があって、ここ何度?』っていうのを知る学問です。熱の伝わり方にも状況により様々ですし、発熱に関しても然りです。材料系としては、これらの考え方を基礎として、物質移動というものを学びます。

自己紹介

自己紹介的な記事も作っておこうかなと思いました。

2017年3月時点で大学4年生で、来月の4月から大学院の修士課程に進学する学生です。

B4の分際で専門なんて言葉を使うのは烏滸がましい限りですが、興味対象としては金属材料になります。

記事の内容としては、専門書の紹介とか、その問題の解答とかを載せていけたらと思っています。

物理学徒ではないので、あまり詳しくないですが、物理に関しても少し足を突っ込んでいけたらいいなと思っています。

TOEICTOEFL、IELTSのスコアも持っているので、それに関する記事も書けたらいいなと思っています。

お休みいただき

大学院入学までの1ヶ月ほどの期間のお休みをいただきまして、

そろそろ就職とかのことも考えないといけないので、国家総合職の過去問を取り寄せてみました。

ちなみに、今回請求したのは、院卒の工学区分4年分です。

ネット記事の通りにやったら間違ってたので、以下に紹介しときます。(当時はそれで取り寄せれたのかも)

  1. 人事院の開示請求電子申請システムで、「人事院事務総局人材局長」宛に請求します。
  2. 請求する行政文章のところですが、総合職(院卒)工学区分H25~28と記入します。ここで、各年度毎に入力欄を変更すると、必要な収入印紙の金額が多くなり、過剰に納めてしまうので、払い戻されるはず。
  3. 印刷フォーマットをそのまま印刷して、収入院試が今回は200円必要となります。
  4. 〒100-8913  東京都千代田区霞が関1-2-3人事院人事行政情報センター に送りましょう。

今はこの返事を待っている段階。

この方の記事を参考にしましたが、収入印紙の項目を僕が勘違いしてました。

国家公務員試験の過去問の入手方法 所要金額・時間 - 百物語改め「九一三・六物語」