ICAMS / Interdisciplinary Centre for Advanced Materials Simulation

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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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