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組織熱力学グループ
Structural Thermodynamics Group

メンバー

研究概要

各種の材料においてその特性の発現にはミクロ組織を制御することが重要です。そしてそのミクロ組織の形成には熱力学法則が大きな役割を持っています。我々のグループでは、CALPHAD法やPhase-Field法を用いて、材料開発の基盤である状態図・熱力学と組織学・動力学を通して、種々の材料特性の支配因子解析から新材料開発の指針を与えることを目指します。
状態図・計算熱力学研究会HP
https://www.nims.go.jp/project/ext/comptd-jimm/

専門分野・研究対象

1. CALPAHD法による熱力学解析と状態図データベース構築
状態図・相平衡を計算で求める手法であるCALPHAD法を用いて、実用多元系合金における相平衡の解析を進めます。これにより、種々の条件における実用合金の相平衡や熱力学量の計算が可能となります。また、CALPHAD法による熱力学解析手法の高度化を図ることで材料中の欠陥・準安定相・規則化などの取り扱いや熱力学解析で用いられる種々の熱力学モデルの拡張により、より広い合金系、物質系への展開が可能となります。

2. Phase-Field法によるミクロ組織形成シミュレーション
フェーズフィールド法を用いて実用多元系合金におけるミクロ組織形成過程の解析を進めます。フェーズフィールド法は材料ミクロ組織の時間変化を計算するために提案された数理モデルで、相変態（例えば、固相から液相への変化や異なる結晶構造間の変化など）や、粒界運動や焼結現象などを解析することが可能です。支配方程式はミクロ組織エネルギーの最大最小化を元に導出されており、組織エネルギーの中にCALPHAD法で評価されたエネルギーを取り込むことで、実用合金の組織解析が可能となります。

Outline

In the development of various materials, precise control of microstructures is a key factor where thermodynamics and dynamics can play an important role. Using the CALPHAD (CALculation of PHAse Diagrams) and Phase-Field methods, our group aims to provide guiding principles for the development of new materials by analyzing the primary factors of various material properties through phase diagrams, thermodynamics, and dynamic simulations, which are the basis of the material and process design.

Specialized Research Field

1. Thermodynamic analysis by CALPAHD method and construction of phase diagram database
The CALPHAD method is widely applied for the assessment of phase diagrams and phase equilibria in practical alloy systems and is used to calculate various thermodynamic quantities and phase equilibria under the given conditions. Furthermore, the refined methods of thermodynamic assessments based on the CALPHAD enable us to estimate crystal defects, metastable equilibria, and order/disorder transitions in materials and expand the applicable fields of thermodynamics in alloys and materials.

2. Dynamic simulations based on Phase-Field method
We will proceed with the analysis of microstructure formation in practical multicomponent alloys using the phase-field method. The phase-field method is a model proposed for calculating the time variation of material microstructures, capable of analyzing phase transformations (such as changes from solid to liquid phase or changes between different crystal structures), grain boundary movements, and sintering phenomena. The governing equations are derived based on the minimization of total free energy of the system, and by incorporating the free energy evaluated by the CALPHAD method into the energy, it becomes possible to analyze the microstructure of practical alloys.