Phase-Field法を用いた非線形組織制御法の開発

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12750583
• 研究機関: 名古屋工業大学
• 研究代表者: 小山 敏幸 名古屋工業大学, 工学部, 助手 (80225599)
• キーワード: 相変態 / 相分解 / シミュレーション / 非線形 / パターン形成 / 時効析出 / 拡散方程式 / 発展方程式

研究概要

本研究はPhase-field法に基づき種々の合金の相分解過程を解析し、計算と実験を比較することによって、本手法の有用性および適応性を明確化するとともに、本手法を用いた非線形組織制御法を構築することを目的とする。主な研究成果は以下のようにまとめられる。
1.Al-rich TiAl金属間化合物の相分解においてTi_3Al_5析出相が析出する現象をPhase-field法に基づき解析した結果、相分解初期のツイード構造の配向性は、弾性異方性と拡散係数異方性のバランスによって決まり、相分解後期の析出相の形態は弾性拘束によって支配されることが示された。特に3次元計算により、相分解時間まで計算から正確に予測できることが示唆された。
2.ZrO_2-YO_<1.5>における相分解過程をPhase-field法に基づき解析した結果、組織の配向性が弾性異方性と拡散係数異方性に影響されることが明らかとなった。また変調構造の波長の時効温度および時効時間依存性も、計算により定量的に再現できることが示された。
3.非晶質半導体/金属二層膜のアニール時に出現するフラクタル状パターン形成を実験的に追究するとともに、Phase-field法に基づき、形成されるパターン形態の定量的再現を試みた。従来、フラクタル構造はモンテカルロ法などの確率論的シミュレーションによって再現されていたが、強い非線形性まで考慮することが出来るPhase-field法によっても十分に解析可能なことを見出した。
4.クラスター変分法および副格子モデルと、Phase-field法とを融合させることによって、平衡状態図と直接対応した組織形成の計算手法を確立し、具体的にNi基やIr基の耐熱合金の組織形成を予測・解析できる計算モデルを作成した。

研究成果

• [文献書誌] T.Koyama: "Experimental and Theoretical Investigations of the Phase Decomposition in Al-rich TiAl Intermetallic Compounds"Mat.Res.Soc.Symp.Proc.. 646. N2.2.1-N2.2.6 (2001)
• [文献書誌] T.Koyama: "Computer Simulation of the Phase Decomposition in Al-rich TiAl Intermetallic Compound Based on the Phase Field Method"Proc.of the Fourth Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing(PRICM 4). 903-906 (2001)
• [文献書誌] M.Doi: "Experimental and Theoretical Investigation of the Phase Decomposition in ZrO_2-YO_<1.5> System"Proc.of the Fourth Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing(PRICM 4). 741-744 (2001)
• [文献書誌] S.Enami: "Fractal Pattern Formation Because of Annealing of Au/amorphous-Ge Bilayer Film Deposited on a SiO_2 Substrate"Proc.of the Fourth Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing(PRICM 4). 2531-2534 (2001)
• [文献書誌] T.Maebashi: "Accelerated Coarsening of Disordered Gamma Precipitates in an Elastically Constrained Ni-Al-Ti Alloy"Proc.of the Fourth Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing(PRICM 4). 847-850 (2001)
• [文献書誌] T.Kozakai: "Spinodal Decomposition in Fe-rich Fe-Co-Al Ordering Alloy"Proc.of the Fourth Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing(PRICM 4). 2503-2506 (2001)