焼結過程における微構造形成挙動シミュレーション Simulation of the Formation of Microstructures in Sintering

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著者

    • 下坂 厚子 SHIMOSAKA Atsuko
    • 同志社大学工学部 物質化学工学科 Department of Chemical Engineering and Materials Science, Faculty of Engineering, Doshisha University
    • 大谷 真史 OHTANI Shinji
    • 同志社大学工学部 物質化学工学科 Department of Chemical Engineering and Materials Science, Faculty of Engineering, Doshisha University
    • 日高 重助 HIDAKA Jusuke
    • 同志社大学工学部 物質化学工学科 Department of Chemical Engineering and Materials Science, Faculty of Engineering, Doshisha University

抄録

焼結プロセスにおける微構造制御を目的に, モンテカルロ法を利用した三次元微構造形成挙動シミュレーション法を提案した. 本手法は基本的に時間の概念を含んでいないモンテカルロ法に拡散過程を素過程とする時間概念を取入れ, 焼結過程における微構造形成挙動と支配因子との関係を定量的に検討可能とした.<br>結晶粒, 粒界, 気孔の三相を設定したアルミナ粒子焼結挙動をシミュレートした結果, Monte Carlo Stepの増加とともに系のエネルギーが減少し平衡状態に推移する過程で, 粒成長や粒界の移動にともなって緻密化していく焼結現象が再現された. 焼結実験に一致する昇温, 保持, 冷却過程を取り込んだシミュレーション結果は実験における粒成長速度と非常によく一致し, 提案したMonte Carlo Stepと実時間を対応づける手法の有効性を確認した. さらに任意の条件でシミュレーションを行い, 昇温速度を含めた焼結温度および原料粒子の粒径分布および充填状態が微構造形成挙動や気孔移動に及ぼす影響を定量的に明らかにした. 本手法より得られる情報は, 希望の特性を発現する微構造を正確に形成する焼結条件の最適設計を可能とする.

A three-dimensional simulation method based on the Monte Carlo algorithm for the formation of microstructures in ceramics was proposed to control the microstructures in the sintering process. A method that takes into account real time in considering the diffusion rate as a microscopic rate constant can be used to discuss quantitatively the relation between the evolution of microstructures and the operating parameters during sintering, though the general Monte Carlo algorithm can not include time as a parameter.<br>The simulation results from the sintering behavior of the alumina particles consisting of grains, pores and grain-boundaries clearly illustrated the sintering process that densifies with grain growth and migration of grain-boundary. The validity of the proposed method which relates real time and Monte Carlo Step was confirmed by the agreement of the simulated values, which were calculated for the heating, sintering and cooling processes according to the experimental condition, with the experimental ones. It was clear quantitatively that the effects of heating rate, sintering temperature, particle size distribution and packing state of particles on the formation of microstructures with pore migration by the simulation carried out in various conditions. The information obtained from the proposed simulation method makes it possible to optimize the sintering conditions.

収録刊行物

  • 化学工学論文集

    化学工学論文集 30(5), 697-704, 2004-09-20

    The Society of Chemical Engineers, Japan

参考文献:  17件中 1-17件 を表示

各種コード

  • NII論文ID(NAID)
    10013576641
  • NII書誌ID(NCID)
    AN00037234
  • 本文言語コード
    JPN
  • 資料種別
    ART
  • ISSN
    0386216X
  • NDL 記事登録ID
    7106074
  • NDL 雑誌分類
    ZP5(科学技術--化学・化学工業--化学工学)
  • NDL 請求記号
    Z17-725
  • データ提供元
    CJP書誌  NDL  J-STAGE 
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