結晶の成長パターンに及ぼす流体力学的効果の理論的研究

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本研究では、結晶の成長パターンに対する流体力学的効果を数値解析的手法を用いて詳しく調べることを目的とした。具体的には、様々な成長条件下において結晶の成長界面の安定性が環境相の流速に如何に影響されるかを定量的に論議した。ところで、本研究代表者は、平成5年10月1日付で九州工業大学より山口大学に移動した。そのため、研究は前半(九工大で行ったもの)と後半(山大で行ったもの)に分けられる。前半で次のことを行った。1)結晶の方位依存を考慮した異方性をもつ界面カイネティクス(結晶界面における成長単元の結晶化過程)、及び結晶方位依存性を考慮した異方性をもつ表面張力を結晶界面の境界条件に同時に取り入れ、二次元結晶のまわりの拡散場を境界要素法を用いて解いた。更に界面の移動を記述する運動方程式とを組み合わせ、結晶の成長パターンをいくつか得ることができた。これらの結果は、平成5年7月東広島市で行われた日本結晶成長学会で発表された。後半では次のことを行った。2)結晶のまわりに一様流がある場合、結晶の界面付近では流れの分布は境界層方程式で記述できる。その際、ある一様流の条件下では、結晶の界面に沿う流れはサイズに依らず相似則をみたす。この場合結晶のまわりの流れは簡単に求めることができる。そこで、正方形結晶の角に対角線方向から一様流があたっている場合を想定し、境界層方程式、流体の保存則、熱伝導方程式、及び結晶の成長単元の拡散方程式の連立偏微分方程式を数値解析的に解き、正方形結晶の界面の安定性を定量的に議論した。この結果は、平成6年3月福岡市で行われる日本物理学会で発表される。