離散型非線形拡散方程式に基づく合金組織形成の数値解析

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「離散型非線形拡散方程式に基づく組織形成の解析法」を利用することにより、種々の相分解過程を、弾性場などの長範囲力まで含めて計算可能である。本研究は、本計算法を各種合金系の組織形成に適用し、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ことを目的とする。成果は以下のようにまとめられる。(1) 平衡状態図に関する熱力学的データが既知である以下の合金(Al-Zn,Cu-Co,Fe-Mo,Fe-Al-Co,Fe-Cr)の相分解過程を透過電顕にて観察し、組織形態の時間発展を調べると同時に、これら合金系の相分解シミュレーションを行った。実験と計算の比較から、本手法が実験データを定量的に再現することが示された。また本計算法とPhase field法と融合させ、結晶変態まで含めた実際の合金組織の計算手法を開発した。(2) 弾性拘束下にある析出粒子の粗大化過程における特異な相分解挙動である(析出粒子の分裂,粗大化速度の停滞等)を、本シミュレーションに基づき数値解析した結果、エネルギー論である組織分岐理論の予測と、動力学的なシミュレーション結果がよく一致した。特に粒子分裂過程の3次元シミュレーションでは、粒子中心部が弾性歪エネルギーによって不安定化し、その位置から母相が核形成して分裂が進展することが導かれた。(3) III-V族混晶半導体の組織形成過程に対する計算機シミュレーション法を構築した。その結果、薄膜において膜面垂直の弾性場が緩和される場合、2次元面内において整合歪支配の相分解組織が形成され得ることが理論計算から明らかとなった。さらに整合歪や基板からの外部応力場を利用することによって、相分解組織を制御可能であることが示された。