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Die Phasenfeld-Methode: Ein Verfahren zur ortsaufgelösten Simulation der Gefügebildung bei der Erstarrung von Schmelzen
M. Seeßelberg, I. Steinbach, G. J. Schmitz.
Werkstoffwoche '96, DGM, Frankfurt, 71-76, (1997)
Abstract
Viele Werkstoffe – insbesondere metallische Legierungen oder Halbleiter
– werden bei ihrer Herstellung aus der Schmelze erstarrt. Das dabei
entstehende Gefüge hat einen wichtigen Einfluss auf die
Materialeigenschaften dieser Werkstoffe. Beispielsweise hängt die
Festigkeit von Metallen oder das Rekombinationsverhalten von
Ladungstägern in Halbleitern vom Gefüge ab. Deshalb wird die
ortsaufgelöste Computersimulation der Gefügebildung zukünftig einen
wichtigen Beitrag zu einer optimierten Herstellung von Werkstoffen
leisten. Bisher ließen sich mit verschiedenen Algorithmen wie zellulären
Automaten oder der Phasenfeld-Methode bereits facettierte sowie
dendritische Strukturen untersuchen. Die Phasenfeld-Methode wurde
inzwischen derart verallgemeinert, dass jetzt auch die Bildung von
Gefügen aus verschiedenen festen Phasen simuliert werden kann. Zusammen
mit der Berechnung von Temperatur- und Konzentrationsfeldern lassen sich
damit komplexe Erstarrungsvorgänge untersuchen (z.B. peritektische oder
eutektische Reaktionen). Neben der Darstellung der Grundprinzipien der
Phasenfeld-Methode wird die Gefügesimulation von Silizium-Blockguss
vorgestellt. Ein zweites Beispiel zeigt die Simulation einer
peritektischen Reaktion.
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