Phase-field mobility for crystal growth rates in undercooled silicates, SiO and GeO liquids

過冷却中の珪酸塩、SiO, GeO融液中の結晶成長に対する界面易動度

河口 宗道   ; 宇埜 正美*

Kawaguchi, Munemichi; Uno, Masayoshi*

過冷却ケイ酸塩,SiO,GeO融液中の11種類の酸化物または混合酸化物の結晶化におけるフェーズフィールド易動度と結晶成長速度をフェーズフィールドモデル(PFM)を用いて計算し、の物質依存性を議論した。実験の結晶成長速度とのPFMシミュレーションから得られた結晶成長速度の比は、両対数プロットで結晶成長における固液界面プロセスののべき乗に比例した。またのパラメータとはmJs,であり、材料に固有の値であることが分かった。決定されたを用いたPFMシミュレーションにより、実験の結晶成長速度を定量的に再現することができた。はにおける単位酸素モル質量あたりの陽イオンモル質量の平均の拡散係数と両対数グラフで比例関係にある。は化合物中の酸素モル質量あたりの陽イオンのモル質量の総和に依存する。では、陽イオンのモル質量が大きくなるにつれては小さくなる。陽イオンのモル質量は陽イオンの移動の慣性抵抗に比例するため、は陽イオンのモル質量の逆数で減少する。の重い陽イオンのケイ酸塩の結晶化では、は約で飽和し、となる。

Phase-field mobility, , and crystal growth rates in crystallization of 11 oxides or mixed oxides in undercooled silicates, SiO and GeO liquids were calculated with a simple phase-field model (PFM), and material dependence of the was discussed. Ratios between experimental crystal growth rates and the PFM simulation with were confirmed to be proportional to a power of on the solid/liquid interface process during the crystal growth in a log-log plot. We determined that parameters, and , of the were to mJs and to , which were unique for the materials. It was confirmed that our PFM simulation with the determined reproduced quantitively the experimental crystal growth rates. The has a proportional relationship with the diffusion coefficient of a cation molar mass average per unit an oxygen molar mass at in a log-log graph. The depends on the sum of the cation molar mass per the oxygen molar mass, , in a compound. In , the decreases with the cation molar mass increasing. The assumed cause is that the B represents the degree of the temperature dependence of the . Since the cation molar mass is proportional to an inertial resistance of the cation transfer, the decreases with inverse of the cation molar mass. In crystallization of the silicates of heavy cation in , the saturates at approximately 0.67, which leads to .