包析反応（ほうせきはんのう）／包析変態（ほうせきへんたい）
Nucleation Reaction / Nucleation Transformation
四大不変反応のひとつ。
「2つの異なる固相が反応して、新しく別の1つの固相が形成される」相変態（状態変化）を指す。
主に合金の融点より低い温度（全固相領域）で起こる反応。
この反応により金属の組成が変化することを包析変態とよぶ。
しばしば、包析変態は拡散型変態と同義であつかわれる。
反応の基本式
包析反応は、冷却時に以下のような化学式（相変化の式）で表されます。
固相 A +固相 B → 固相 C
■ 冷 却 時： 固体Aと固体Bが互いに拡散・反応し、境界から新しい固体Cが作られる。
■ 加 熱 時： 逆に固体Cを温めると、固体Aと固体Bの2つの相に分解する（可逆反応）。
状態図での見え方
二元元合金の状態図において、包析反応は「逆T字型（あるいは水平な線の上に山がある形）」の等温線として現れる。
包析温度と呼ばれる特定の温度に達すると、固相Aと固相Bの境界部分で反応が始まり、最終的にその温度以下では完全に固相C（または、余ったAかB＋新相C）の組織に変化する。
包析の反応プロセス
すでに完全に固まっている2つの固相が反応して、新しい1つの固相を作る現象。
そのため、液体が固まる「凝固」プロセスではなく、固体の中で起こる「固相変態（こそうへんたい）」プロセスになる。
① 反応の始まり（新相の核生成
冷却によって包析温度（反応が起こる温度）に達すると、元々あった固相A（α相）と固相B（β相）が直接接している「結晶粒界（界面）」で反応がスタートする。
Aの原子とBの原子が出会うこの境界部分で、新相C（γ相）の小さな芽（核）が生まれる。この芽は、AとBの境界を覆うように、薄い膜状に成長していく。
② 反応の進行（固体の中の拡散）
AとBの境界が新相Cの膜で完全に遮断されると、ここからが包析反応特有のプロセスになる。
これ以上新相Cを大きくするためには、固相Aの原子と固相Bの原子が、新相Cの壁を突き抜けて移動（固体内の拡散）しなければならない。
■ 固相Aの原子は、新相Cの中を通って固相B側へ移動する。
■ 固相Bの原子は、新相Cの中を通って固相A側へ移動する。
このように、新相Cの厚みを増していく形で変態が進んでゆく。
⚠️ 実用上の注意点 液体が絡む反応（包晶反応など）に比べて、「固体の中を原子が移動する速度」は非常に遅い。そのため、包析反応を完全に終わらせる（すべてC相にする）には、その温度で非常に長い時間じっくりと保持する必要がある。
通常の冷却速度では、反応が途中で止まってしまい、中心にAやBが残り、周りをCが囲むような未反応の組織になりやすいのが特徴となる。
なぜ包析反応は進みにくいのか？
包析反応は、個体と個体の間で起こる現象のため、実際の金属材料の熱処理において「非常に速度が遅い（進行しにくい）」という特徴がある。
反応が進んでAとBの間に新相Cの層ができると、それ以上反応を進めるためには、原子が固体Cの中を長い距離「拡散（移動）」しなければならない。
液体に比べて固体中の原子の移動速度は圧倒的に遅いため、完全に包析反応を完了させるには、非常に長い時間をかけてじっくり冷却（または保持）する必要がある。
●具体例：銅（Cu）とアンチモン（Sb）の合金や、一部の鉄系特殊合金、超電導材料などでこの反応が見られる
似た反応（包晶反応）との違い
包析反応と包晶反応は、名前が非常に似ており、状態図の上でもよく似た形（逆T字型のような形状）を示すが、「反応が始まる前の状態（出発点）」が決定的に異なる。
この2つの決定的な違いは、「液体（液相）が関わっているかどうか」である。
包晶反応： 「液体 ＋ 固体」→「新しい固体」 （融点に近い高温で起こる、凝固のプロセス）
包析反応： 「固体 ＋ 固体」 →「新しい固体」 （完全に固まった低温で起こる、組織変化のプロセス）
漢字の使い分けにも意味があり、「晶」という字は液体から結晶が生まれること（晶出）を指し、「析」という字は固体の中から別の成分が分離して出てくること（析出）を指す。
この漢字の意味を知っておくと、2つの違いを混同せずに理解しやすくなる。
包析反応を関わる代表的な合金例とその理由
包析反応は、「固体と固体が反応して、別の新しい固体を作る」という非常に動きが遅い（拡散しにくい）反応である。
そのため、実用的な合金で「包析反応を積極的に狙って利用する」ケースはかなり限られる。
多くの場合、包析反応によって生まれる「金属間化合物」の性質を利用するか、あるいは望まない脆い組織が出るのを防ぐ（熱処理でコントロールする）ためにこの反応が意識されている。
1. 銅-スズ合金（青銅・ブロンズ）
【例】スペキュラム合金（高スズ青銅）
銅（Cu）にスズ（Sn）を約30〜40%という高い割合で添加した合金。
古くは鏡として使われ、現代でもニッケルアレルギー対策の白銀色めっきなどに使われています。
【理由：なぜ包析反応が関わるのか？】
銅とスズの状態図では、低温域（約350℃以下）で複数の固相が反応し、ε（エプシロン）相や η（イータ）相といった新相を形成する包析反応が存在する。
目的とする性質： 包析反応によって生じるこれらの相は、非常に硬く、金属光沢（美しい銀白色）を持ち、耐摩耗性に優れている。
利用の難しさと理由： しかし、固体同士の反応であるため、普通のスピードで冷却すると反応が完了せず、組織が不均一になって非常に脆（もろ）くなる。そのため、実用化の際は「じっくり時間をかけて熱処理（焼きなまし/アニール）して包析反応を完了させる」か、あるいは「めっき技術によって最初からこの組成の相を直接析出させる」という方法が取られる。
2. チタン-アルミニウム（Ti-Al）系合金
【例】航空宇宙材料・自動車のエンジン部品
軽量で非常に高い強度を持つため、次世代の耐熱材料（ジェットエンジンのタービンブレードなど）として研究・実用化が進んでいる合金。
【理由：なぜ包析反応が関わるのか？】
Ti-Al系合金の高温から低温への冷却過程では、α（アルファ）相（チタン固溶体）とβ（ベータ）相が反応して、α2相（Ti3A）やγ相（TiAl）という軽量かつ耐熱性の高い金属間化合物を形成する包析反応が起こる。
目的とする性質： この包析反応によって緻密に制御された組織は、高温になっても強度が落ちず、ガスにさらされても酸化しにくい（錆びにくい）という極めて優れた特性を持つ。
コントロールの理由： 固体同士の反応速度が遅い特性を逆手に取り、熱処理の温度と時間を厳密にコントロールすることで、わざと反応を途中で止めたり、顕微鏡レベルでナノサイズの微細な組織をハニカム状に並べたりして、材料の「強さ」と「割れにくさ（靭性）」を両立させている。
3. ニオブ-スズ（Nb3Sn）合金
【例】超伝導マグネット（MRIやリニアモーターカー）
強力な磁場を発生させるための超伝導線材として、実用化されている重要な材料。
【理由：なぜ包析反応が関わるのか？】
ニオブ（Nb）とスズ（Sn）を特定の温度域（約930℃以下）で保持すると、固相どうしが反応してNb3Snという化合物を作る包析反応（またはそれに類似した固相拡散反応）が起こる。
目的とする性質： この包析反応で得られる Nb3Sn という相だけが、非常に高い磁場の中でも超伝導状態を維持できるという特殊な性質を持っている。
利用の理由： Nb3Snはセラミックスのように非常に脆く、形を成形してから曲げることができない。そのため、最初は柔らかいニオブの線とスズ（またはブロンズ）を組み合わせてワイヤー状に加工（キャタピラのように成形）し、最後に長時間の熱処理を施して固体同士を包析反応させることで、内部に超伝導組織を「後から作り出す」という特殊なプロセスが利用されている。
鋳造用語 索引