相変態過程の微視的解析とそれに基づくメゾおよびマクロな相変態モデルの構築

相变过程的微观分析及基于其的细观和宏观相变模型的构建

基本信息

批准号：
12750072
负责人：
上原拓也
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

相変態過程の微視的解析としては,分子動力学法による解析を行い,メゾおよびマクロな解析への展開として,フェーズフィールド法による解析を行った.フェーズフィールド解析は,デンドライト成長のようなメゾスケールでの相変態特性を表すとともに,分子動力学法による離散的扱いと,マクロな連続体モデルヘの展開モデルとして効果的であることを示した.具体的には以下の通りである.微視的解析:微視的解析手法には分子動力学法によるシミュレーションを用い,固液相変態を対象として,固液界面の安定性,界面エネルギー,固液平衡温度,結晶成長のカイネティックス係数,およびそれらの結晶方位依存性などについて,原子レベルからの解析を行った.また固相変態についても,Ni-Al系合金のマルチンサイト変態に関するシミュレーションを行い,せん断型の相変態が進行する過程を原子レベルで明らかにするとともに,実験的に得られている応力ひずみ関係のヒステリシスループを再現するなど,マクロなモデルと定性的な一致を示した.メゾ・マクロな相変態モデル:微視的解析結果を基に,実験的に観測される相変態特性や物性を再現するため,フェーズフィールドモデルによる解析を行った.微視的解析によって得られた結果を基に,フェーズフィールドモデルに必要なパラメータを算出し,結晶方位に依存した異方性を導入することによって結晶成長過程のシミュレーションを行った.その結果,界面エネルギーとカイネティックス係数の異方性の大きさによって,得られる結晶の形態が大きく異なることを明らかにした.すなわち,界面エネルギーの異方性が相対的に大きいときには,ファセット状の平らな界面をもつ結晶形態となり,カイネティックス係数の異方性が大きいときにはデンドライト状の成長をみせることを明らかにした.

使用分子动力学对相变过程进行了显微镜分析，并将相位场分析作为中间和宏观分析进行开发。相位场分析表达了诸如树突生长之类的中尺度相变特征，并证明它可以通过分子动力学作为离散治疗，而对宏观核模型的扩展模型有效。具体而言，以下是以下内容：微观分析：使用分子动力学的微观分析方法使用模拟方法，并从固态界面稳定性，界面能量，固体平衡温度，晶体生长的动力学系数及其晶体方向依赖性的原子水平进行分析。此外，对于固相变换，我们对基于Ni-Al的合金的Martin位点转换进行了模拟，并揭示了原子水平的剪切型相变的过程。两者都表现出与宏观模型的定性一致性，例如通过重现应力应变关系的磁滞回路，这是通过实验获得的。中麦克罗相变模型：根据微观分析的结果，使用相位场模型进行了分析，以重现实验观察到的相变特性和物理特性。根据微观分析获得的结果，计算了相位场模型所需的参数，并通过引入依赖于晶体方向的各向异性来模拟晶体生长过程。结果，结果表明，所产生的晶体形态大不相同，这取决于界面能量和动力学系数的各向异性的大小。换句话说，当界面能量的各向异性相对较大时，晶体形式具有类似的平面界面，当动力学系数的各向异性很大时，它显示了树突状的生长。