2020 Fiscal Year Annual Research Report
異種金属混合粉末の焼結挙動モデル化と焼結変形－組織形成ハイブリッド解析法の拡張
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19H02480
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
品川 一成 九州大学, 工学研究院, 教授 (30215983)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
工藤 健太郎 九州大学, 工学研究院, 助教 (60757235)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 焼結 / フェーズフィールド法 / 個別要素法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度(2019年度)は，2元系合金における相互拡散，相変化の過程を計算するフェーズフィールド法／個別要素法連成解析の基礎モデルを構築した．今年度（2020年度）は，メゾスケール領域にて，多粒子を扱えるように解析コードの拡張を行った．また，開発した解析手法の妥当性検証のために，焼結実験を行った．
１．解析コードの拡張：粉末粒子の初期配置として2種類の異なる粉末を混合した構造を設定し，素粉末混合法による焼結挙動および微細構造の形成過程の解析を行えるようにした．まずは基礎となる，反応のない系について固相焼結の計算を行い，混合による焼結速度の低下および粒成長速度の減少を再現可能であることを確認した．次に，液相焼結について計算を行った．ただし，多量の液相による粒子の再配列は，現手法の延長でも再現困難であるため，対象外としている．複数の異種粉末からなるクラスターについて，相互拡散による濃度変化に応じ，粒子接触面において液相が発生する過程，および焼結収縮を再現できた．
２．焼結実験：開発した解析手法の妥当性の検証のために，実際に粉末材料を用いて，焼結実験を行った．異種粉末の混合比，粒度分布の異なる数種類の粉末成形体に対し，焼結を行い，焼結体に関するデータ（微細構造，元素濃度分布，相対密度変化等）を収集した．広い粒度分布を持つ化合物粉末を添加した場合，狭い粒度分布の場合と比べ，焼結体密度が低下するという結果が得られている．これより，異種粉末の粒度分布が緻密化挙動に影響を与えることがわかった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
液相を生じた場合のネックサイドを算出するアルゴリズムを改良し，多粒子の場合も，焼結収縮を計算できるようになった．一方，実験結果との比較検討は十分とは言えず，今後も継続する．
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| Strategy for Future Research Activity |
解析コードの改良を進めるとともに実験との比較検証を継続する．
１．生成した液相を介しての焼結現象を再現できるように，液相焼結モデルを導入した解析コードを完成させる．
２．焼結実験を継続し，素粉末混合法における初期の微細構造が，焼結体の緻密化，微細組織に与える影響を明らかにする．また，得られた実験結果と計算結果を比較し，手法の妥当性の検証を行う．
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