Elucidate the formation mechanism of complex eutectic microstructures

阐明复杂共晶微观结构的形成机制

基本信息

批准号：
22KJ2139
负责人：
朱伝奇
金额：
$ 0.64万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2139/
关键词：
結晶成長非平衡凝固シミュレーション

项目摘要

結晶材料の特性は、その微細構造に密接に関連しており、その微細構造は主に凝固過程に依存する。微細構造の制御には、結晶材料の凝固によって生じるデントライト、共晶、およびファセットという基本的な微視的パターンの形成機構の深い理解が必要である。現実的な過程を明らかにするために、信頼性の高い数値的方法も必要である。今年度の研究において、2つのフェーズフィールド法モデルを開発した。一つは、シリコン単結晶と多結晶の成長と結晶粒界の拡張のシミュレーションに用いられる。その場観察と補完的に、シミュレーションの結果は、多結晶シリコンの一方向凝固における界面張力の効果と固液界面への原子付着効果の競争的な関係について洞察を与えた。この研究成果を、日本金属学会の講演大会にて発表し、査読付きジャーナル「Materialia」に掲載された。もう一つのモデルは、合金の急速凝固のシミュレーションに用いるためのものである。急速凝固での溶質分配は平衡から遠く離れており、固液界面の振る舞いも平衡状態とは大きく異なる。本モデルによる計算結果からえられたデータを解析し、速度依存性分配係数について評価したところ解析理論とよい一致を示した。さらに、このモデルを用いることで、振動的成長を示す固液界面の再現に成功し、急速凝固合金材料で頻繁に観察される帯状構造を生成することに成功した。この成果に関する論文はフェーズフィールド法のための理論的研究で有名で最も権威ある査読付きジャーナル「Physical Review E」誌に投稿した。同誌への掲載が検討される価値のある論文として現在査読審査中である。本研究で構築したフェーズフィールドモデルは、結晶材料のパターン形成機構を解明し、先進的な材料の開発のためにその微細構造を制御するのに役立つことを期待している。

晶体材料的特征与精细的结构密切相关，并且精细的结构主要取决于凝血过程。对精细结构的控制需要深入了解凹凸灯，多设备和由晶体材料凝结引起的基本的微观查看模式。为了阐明现实过程，还需要一种可靠的数值方法。在今年的研究中，我们开发了两种相位方法模型。一种用于模拟硅单晶和多重晶体生长以及晶体晶粒的膨胀。检查和补充，模拟的结果洞察了界面张力在多种晶体硅的单侧凝结中的影响与原子粘附对固体表面的效应之间的竞争关系。这项研究的结果是在日本金属学会宣布的，并发表在评论中，阅读杂志的“物质”。另一个模型是模拟合金快速凝血。快速凝结的溶质分布远非平衡，固体液体表面的行为与平衡非常不同。分析并评估了该模型计算结果的数据并评估了速度依赖性分布系数。此外，使用该模型成功地重现了固体流体界面，这表明了振动的生长，并成功地产生了经常使用快速凝结合金材料观察到的带结构。有关结果的论文已发布在《物理评论》杂志上，该杂志在《阶段现场法》的理论研究中著名，最负盛名。它目前正在检查和阅读，作为该杂志上发表的有价值的论文。这项研究中建立的相位场模型希望阐明晶体材料的模式形成机理，并控制精细结构以开发高级材料。