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自己伝播合成反応プロセスにおける微細組織の予測シミュレーション法の考案

研究課題

研究課題/領域番号 21656192
研究種目

挑戦的萌芽研究

配分区分補助金
研究分野 金属生産工学
研究機関北海道大学

研究代表者

大野 宗一  北海道大学, 大学院・工学研究院, 准教授 (30431331)

研究期間 (年度) 2009 – 2010
研究課題ステータス 完了 (2010年度)
配分額 *注記
3,000千円 (直接経費: 3,000千円)
2010年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
2009年度: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
キーワード自己伝播触媒反応 / シミュレーション / 粉末冶金
研究概要

純物質や合金の粉末を混合し、ある温度まで加熱すると、粉末間で化合物の合成反応が生じ、その合成反応に伴う生成熱が未反応粉末間の反応を促進することで反応が連鎖的に伝播して瞬時に生成物が作製される。この反応は自己伝播燃焼合成(SHS)と呼ばれ、新規化合物の製造や、低コスト・低エネルギーの材料製造法としての発展が期待されている。しかしながら、SHS法で得られる生成物における微細組織の形成機構は詳細に明らかになっておらず、組織の形態・サイズをコントロールできるに至っていない。本研究では、SHS反応プロセスにおける微細組織の経時変化を予測するシミュレーション法を考案・確立することを目的とする。平成21年度に、多相凝固過程を定量的にシミュレートするフェーズフィールドモデルを発展させ(Acta Mater 2010)、SHS反応後、溶融状態からの組織形成過程を記述することを可能にした。本年度は、フェーズフィールド法と熱伝導方程式をカップリングし、SHSの反応伝播過程の解析を試みた。Ti、C、Feの純金属粉末からFeをバインダーとするTiC/Fe系サーメットが形成するプロセスを対象とした。取り扱いを簡略化するため、Fe-TiC擬二元系を仮定し、さらに相境界線の形状に関する簡略化を行った。本計算により発熱、溶融、凝固過程の伝播が記述され、潜熱や熱伝導率とった物性値の変化に伴う伝播挙動の変化を調査した。特に、伝播過程における温度、溶質濃度の不均一パターンを解析することを可能にした。他本計算における熱力学量(自由エネルギー)をより高度なモデルで記述することで、現実の系の解析が可能となる。ただし、本計算においては、粉末境界における拡散現象を有効拡散係数という形で考慮している。外圧に伴う粉末の移動や粉末界面における諸現象の記述が、今後と課題として残る。

報告書

(2件)
  • 2010 実績報告書
  • 2009 実績報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2011 2010 2009

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] Quantitative phase-field modeling for two-phase solidification process in volving diffusion in the solid2010

    • 著者名/発表者名
      Munekazu Ohno, Kiyotaka Matsuura
    • 雑誌名

      Acta Materiaha

      巻: 58 ページ: 5749-5758

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Combustion Synthesis of Titanium-based Cemented Carbides2010

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Tanaka, Kiyotaka Mat suura, Keisuke Kojima, Mun ekazu Ohno
    • 雑誌名

      Materials Science Forum

      巻: 638-642 ページ: 1860-1865

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 凝固現象のフェーズフィールドモデルの高精度化と凝固組織予測への課題2011

    • 著者名/発表者名
      大野宗一
    • 学会等名
      計算材料科学研究会
    • 発表場所
      京都木学、京都
    • 年月日
      2011-01-19
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Combustion synthesis of TiC-TiB2 particle dispersed hard metal from elemental powders2011

    • 著者名/発表者名
      Yu Jun, Munekazu Ohno, Kiyotaka Matsuura
    • 学会等名
      平成22年度日本金属学会・日本鉄鋼協会両支部合同冬季講演大会
    • 発表場所
      室蘭工業大学、室蘭
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 合金凝固の定量的フェーズフィールドシミュレーション2009

    • 著者名/発表者名
      大野宗一、松浦清隆
    • 学会等名
      第19回日本MRS学術シンポジウム
    • 発表場所
      横浜情報センター(横浜)
    • 年月日
      2009-12-07
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 多相凝固過程の定量的フェーズ・フィールド・シミュレーション2009

    • 著者名/発表者名
      大野宗一、松浦清隆
    • 学会等名
      第22回計算力学講演会
    • 発表場所
      金沢大学(金沢)
    • 年月日
      2009-10-10
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Combustion Synthesis of Titanium-based Cemented Carbides2009

    • 著者名/発表者名
      K.Matsuura, K.Kojima, T.Tanaka, M.Ohno
    • 学会等名
      THERMEC'2009
    • 発表場所
      Maritim Hotel(Berlin、Germany)
    • 年月日
      2009-08-29
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書

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公開日: 2009-04-01   更新日: 2016-04-21  

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