凝聚态物理 > 材料科学
[提交于 2025年8月25日
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标题: 冻结铸造的相场模型
标题: Phase-Field Model of Freeze Casting
摘要: 定向凝固水基溶液已成为模板化分级多孔材料的一种多功能技术。 然而,模式形成的潜在机制仍未完全理解。 在本研究中,我们提出了一个定量相场模型的详细推导和分析,用于模拟这一非平衡过程。 该相场模型扩展了稀释二元合金凝固的薄界面公式,并引入了反捕获项,以纳入部分解理冰-水界面的高度各向异性的能量和动力学特性。 该界面在<0001>方向的基面上是解理的,在基面内的其他方向则是原子粗糙的。 在基面上,模型再现了可以与实验测量相关联的线性或非线性动力学关系。 在两种情况下,都观察到了凝固前沿的自发对称破缺,导致形成部分解理的冰层状结构,并沿<0001>方向之一横向漂移。 我们证明漂移速度由基面上的动力学控制,并随着扩散固液界面厚度的减小而收敛。 此外,我们研究了动力学各向异性的形式,这里选择的形式使得动力学系数的倒数从<0001>方向的有限值线性变化到基面内其他所有方向的零值。 我们的结果表明,冰层状结构的漂移速度不受该线性关系斜率的影响,且在相对较小的斜率值下,冰层状结构尖端的半径和过冷度趋于收敛。 因此,相场模拟在界面厚度和动力学各向异性形式中假设的计算可处理的选择下仍保持定量。
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