In this article, various materials used for the fabrication of high-pressure apparatus are reviewed.
Stresses working on each part of the apparatus are considered and a guideline for the selection
of suitable materials is given on the basis of their mechanical and physical properties. Especially,
the relation of the material strength to the generated pressure is explained in the case of the
piston-cylinder type high-pressure clamp cell. It is also emphasized that the processing is
important for the materials strength and the performance of high-pressure apparatus. In
connection with recent topics of the Ni-based Russian alloy (NiCrAl alloy) and MP35N, some of
their materials properties are introduced.
[mechanical and physical properties, stress-strain curve, tensile strength, piston-cylinder,
processing, NiCrAl alloy, MP35N]
高圧力を発生する装置は，研究室規模の小型の物性実験用から人工ダイヤモンド合成や食品加工などの実用的な規模で使用されている装置まで，その用途に応じてさまざまな種類が考案され，幅広く用いられている。また，超高圧装置の最大発生圧力は材料強度で制約されるとは言え，動的超高圧発生装置の開発によって，静的超高圧発生装置に比較して1桁近く高い1000
GPaを越える圧力範囲まで拡大されている。しかし，いずれにせよ材料の強さが，圧力発生装置の性能を決める重要な因子であることにかわりがない。一般に圧力発生装置と言えば，荷重を発生する部分，それを伝達する部分，力を封じ込める部分とから構成される。それぞれ，最適な材料を用い，最高の性能を発揮している。
単純に高圧装置用材料と言っても高圧力容器用材料やシール材料，さらに圧力媒体など多岐にわたる。これらに関する総論的な内容については，すでに幾つかの代表的な教科書[1-3]が発行されており，それを参考にしていただきたい。ここでは，本特集のテーマ - 低温高圧下での物性測定技術 - の中でも最近話題になっている材料に焦点をおいて紹介する。
低温・高圧実験では，誰もが，“より高い圧力”，“より低い温度”に挑戦しようとしている。こうした環境を実現する高圧力を封じ込める容器材料として，引張り強さは特に重要である。また当然，その高圧力空間へ外部からの応力を伝達させるには，アンビルやピストンなど圧縮強さが要求される材料も不可欠である。
ところで，なぜ材料が重要かという問題である。圧力発生空間（試料空間）の大きさと最高発生圧力とは逆相関にあることは容易に理解できる。実際，DACでは100 GPa以上の圧力も発生できるが，その体積は極めて小さく10-3 mm3にも満たず，格子定数の圧力依存性などの分光学実験を除くと物性測定に制約も少なくない。また，強磁場・低温という多重極限環境の様に高圧力装置を設置するスペースにも制約があると，最高発生圧力を犠牲にするか，あるいは試料空間を
犠牲にするか二者択一となる。当然のことながら，許される装置スペースが同じでも，材料の強度が上がると，この制約が大幅に緩和され，試料空間も最大発生圧力も改善され，S/Nが大きい良質の実験が可能となる。また，同じ試料空間なら使用する材料が少なくなり，熱負荷も低下し，より低温へ到達できるという利点がある。
日本高圧力学会 [2002年6月27日受理]
〒305-0047
つくば市千現1-2-1 物質・材料研究機構 材料研究所
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