右図は、新規開発した焼結フェーズフィールドモデルに仮想的な固気液相が共存する3元系のCALPHADデータを適用して実施した液相焼結シミュレーションの結果である。このモデルは焼結粒子の剛体運動を解析可能な初の液相焼結フェーズフィールドモデルであり、剛体運動や溶質拡散には粒界の寄与が考慮される。本モデルにより、液相焼結の初期から後期にかけての一貫したシミュレーションが実現し、液相焼結中のミクロ組織変化として知られる固相粒子間の収縮、毛管現象による液相の粒界への浸入、および液相を介したオストワルド成長を本モデルを用いて統一的かつ連続的に解析可能であることを実証した。また、ミクロ組織変化と同時に解析された元素濃度変化も熱力学的に妥当であり、開発したフェーズフィールドモデルの有効性が示されている。

フェーズフィールドシミュレーションによる高精度予測には正確な材料物性値やモデルパラメータが必要となるが、これら材料パラメータが未知の材料も多い。そこで本研究では、実験データに基づき材料パラメータを逆推定することができる「データ同化」を、固相焼結のフェーズフィールドシミュレーションに適用することによる高精度予測フレームワークを開発した。左図は本研究成果の概略である。データ同化により、Cu原子の表面および粒界拡散係数を含む、7個の未知パラメータの同時推定に成功した。これらの推定値を使用することで、実験データの焼結挙動の再現のみならず、別視野で観察された焼結挙動をも高精度に予測するフェーズフィールドシミュレーションに成功した。