Thermomechanical Modeling of Microstructure Evolution Caused by Strain-Induced Crystallization
本贡献处理的热机械模型的应变诱导结晶在未填充的聚合物。这种现象显著影响聚合物的机械和热性能，在规划制造工艺以及最终产品的应用时必须加以考虑。为了同时捕捉这两种效果，提出的模型开始通过引入变形梯度的三重分解，并进一步使用基于Coleman-Noll过程和耗散势的最小原理的材料建模的热力学框架，这需要适当的假设亥姆霍兹自由能和耗散势。所选择的设置产生的演化方程，能够模拟的形成和退化的结晶区伴随着温度的变化，在循环拉伸试验。对应于所描述的过程的边界值问题包括线性动量的平衡和能量的平衡，并且作为FEM代码内的数值实现的基础。最后，本文给出了不同材料试样的微观组织演变和温度分布的数值例子。
2020-11-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The effect of cerium doping and rate of crystallization on the microstructure of the Al2O3/YAG eutectic composite
本文制备并研究掺 Ce 的蓝宝石/YAG 定向共晶，揭示抽拉速率、Ce 浓度对微观结构、Jackson-Hunt 模型偏离及第三相形成的影响。
2024-12-02 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Real-time observation of the isothermal crystallization kinetics in a deeply supercooled liquid
低于熔化温度时，$T_m$晶体是典型的元素或分子体系的稳定相。然而，将液体冷却到低于$T_m$，结晶是不可避免的。液体可以过冷，最终形成低于玻璃化转变温度$T_g$的玻璃。尽管它们具有长的寿命和产生表观稳定性的强势垒的存在，但过冷液体和玻璃保持固有的亚稳态和对晶体的热稳定性不稳定。在这里，我们研究了在深过冷液体在1100 K，大约一半之间的$T_m$和$T_g$的原型强玻璃形成剂GeO $_2$的等温结晶动力学。结晶过程已通过时间分辨中子衍射观察了约三天。数据显示，无定形结构向α-石英相连续重组，最终材料由陷入低密度残余无定形基质的结晶域组成。的衍射图案的定量分析，可以确定的时间演变的相对分数的晶体和非晶，这是通过一个经验模型解释的结晶动力学。这种方法提供了一个很好的描述的实验数据，并确定了晶体和非晶之间的捕食者-猎物一样的机制，密度变化作为阻挡屏障。
2016-11-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Crystallization and non-crystallization of Lennard-Jones particles studied by molecular dynamics simulation
LJ（lattice Lennard-Jones）固体的优点、模拟体系的晶格识别以及液态和非晶态固体的微观结构是凝聚态物理和材料科学中的三个重要问题。采用分子动力学（MD）模拟方法，在不设定初始Bravais点阵的情况下，研究了LJ粒子的结晶和非结晶过程。为了识别模拟系统的Bravais晶格，提出了两个分布函数，一个粒子与其最近邻粒子之间的角度和粒子之间的距离。通过比较这两个分布函数与理想布拉菲点阵的分布函数，并检查模拟系统的粒子排列，可以进行最终的识别。我们的结果表明，模拟系统显示面心立方（fcc）晶格或六方密排（hcp）晶格。在结晶温度附近，非晶态体系的微观结构与LJ液体的相似，与晶态体系相比，不存在次近邻有序。本文提出了一种研究材料微观结构及其演化的新方法，为大规模粒子系统的分子动力学模拟奠定了基础。
2018-06-18 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Characterization of the Microstructure of Zirconolite-Based Glass-Ceramics
法国1991年12月的立法促进了对高放废物中长寿命放射性核素的强化分离和调节或嬗变的研究。在这一领域中，我们研究了锆英石基玻璃陶瓷，其中的结晶相（锆英石：CaZrTi 2 O 7），旨在优先纳入次要锕系元素是嵌入在玻璃状钙铝硅酸盐基质。在实验室规模下，母材玻璃的结晶通过两步热处理进行：成核阶段和生长阶段。本文介绍了结晶的演变，然后通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD），与晶体生长热处理的温度，在950度-1350摄氏度的范围内。
2007-10-12 cond-mat.mtrl-sci
Extension of a phase-field KKS model to predict the microstructure evolution in LPBF AlSi10Mg alloy submitted to non isothermal processes
本研究扩展了KKS相场模型，结合CALPHAD数据，预测LPBF AlSi10Mg合金在非等温热处理中的微观组织演变，并通过DSC实验验证，为优化后处理工艺提供指导。
2024-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure evolution and densification during spark plasma sintering of nanocrystalline W-5wt.%Ta alloy
研究了Ta对纳米晶W在非等温和放电等离子烧结过程中的致密化和组织演变的影响。纳米晶W-5 wt.%采用机械合金化法合成了钽合金粉末。使用X射线衍射线轮廓分析，其特征在于彻底的纳米晶粉末。此外，还利用透射电镜研究了纳米晶粉末在非等温烧结过程中的收缩行为。随后，使用高达1600 °C的放电等离子体烧结来固结合金粉末。利用电子背散射衍射技术研究了Ta在放电等离子烧结纳米晶W过程中对组织的稳定作用。放电等离子烧结W-5 wt.%的平均晶粒尺寸观察到Ta合金为1.73微米。
2020-07-25 cond-mat.mtrl-sci
Crystallization of metallic glass as a grain-boundary nucleated process: experimental and theoretical evidence for the grain structure of metallic glasses
本文通过DSC和Avrami曲线实验证明金属玻璃在晶界形核并具有晶粒结构，反驳了其均匀冻结液体的传统观点，并通过解析模型阐明了双峰和三步特征的成因。
2025-06-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Shear accelerated crystallization in a supercooled atomic liquid
通过压缩短棒使形成大块金属玻璃的合金在其过冷状态下经受剪切流动以产生扁平圆盘。所得材料在等温退火期间表现出增强的结晶动力学，这反映在相对于未变形的情况结晶时间的减少。从静态到剪切加速结晶的转变与在高于临界剪切速率$\dotγ_c\approx 0.3$ s $^{-1}$的剪切流动期间积累的应变有关，所述临界剪切速率$\dotγ_c\approx 0.3$ s $^{-1}$对应于Péclet数，$Pe\sim\mathcal{O}(1)$。在中等剪切速率下观察到原子系统中的剪切加速结晶是不常见的。这在此是由于过冷液体的显著粘度而成为可能的，该过冷液体在接近玻璃化转变时随温度强烈增加。因此，我们可以预期遇到的非平凡的剪切相关的影响，在热塑性变形的类似系统。
2015-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Manipulating Semicrystalline Polymers in Confinement
由于纳米级聚合物结构的最终性质在很大程度上取决于受限聚合物的固态微观结构，因此不仅要了解聚合物的微观结构在纳米级限制下如何发展，而且还要建立操纵它的方法。其允许控制聚合物纳米结构的固化。首先，我们表明，超分子成核剂可以很容易地用来修改限制聚偏氟乙烯（PVDF）的结晶动力学。此外，我们证明，传统上不受成核剂，如晶体的取向，可以调整与应用的结晶温度的微观结构特征。有趣的是，我们还表明，高的结晶温度和长的退火时间诱导形成的改性PVDF，从而使简单的生产铁/压电纳米结构。我们预计，这里提出的方法可以为加工具有定制特性和功能的聚合物基纳米结构开辟大量新的可能性。
2017-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure-specific mechanisms define multistage relaxation dynamics in a metallic model-glass
Federal Institute of Materials Research and Testing (BAM)（联邦材料研究和测试研究所）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
通过模拟X射线光子相关光谱和三维衍射斑纹分析，揭示了金属玻璃在等温退火中由热振动、玻璃网络演化和结构化学有序化构成的三阶段弛豫机制。
2026-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Kinetic analysis of phase transformations during continuous heating: Crystallization of glass-forming liquids
本文推导了连续加热下相变的JMAK速率方程，应用于玻璃形成液体结晶，经Fe80B20实验验证，并改进Kissinger方法以确定非阿伦尼乌斯生长速率，助力玻璃体系设计。
2025-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Molecular dynamics simulation of silicon nanoparticle crystallization during laser-induced forward transfer printing
University of Arkansas（阿肯色大学）
本研究通过分子动力学模拟揭示了LIFT印刷中硅纳米颗粒结晶过程，发现纳米限制可诱导单晶结构形成，为单晶器件制造提供理论支持。
2026-02-02 cond-mat.mtrl-sci
Phase selection and microstructure of slowly solidified Al-Cu-Fe alloys
寻找制备大块单相准晶Al-Cu-Fe合金的有效方法是目前的一个重要课题。解决这一问题的关键是了解该系统中相形成的机制。本文研究了不同成分的Al-Cu-Fe合金在缓慢凝固过程中的晶化顺序以及固相形成的条件。用差热分析方法建立了过冷度的浓度依赖关系。这些实验结果进行了比较，从\textit{ab initio}分子动力学模拟确定的液体状态的化学短程顺序的数据。我们观察到Al-Cu-Fe合金中原子间相互作用的主要特征在液态和固态下是相似的，它们在i相成分附近发生变化。在i相从熔体形成的浓度区，过冷度和结晶特性都取决于冷却前熔体的温度。
2019-06-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Isothermal Annealing of Shocked Zirconium: Stability of the Two-phase $α/ω$ Microstructure
在高压条件下，Zr经历从其环境平衡六方密堆积$α$相到六方$ω$相的相变。在恢复到环境条件时，材料显示滞后行为，保留大量的亚稳$ω$相。本研究提出了一种原位同步辐射X射线衍射分析的Zr样品冲击加载到压缩峰值应力为8和10.5 GPa，然后在443，463，483，和503 K的温度下退火。定量跟踪了退火过程中$α$相体积分数的变化，定性跟踪了退火过程中两相位错密度的变化。在加热时，$ω\toα$的逆转变不会完成，而是达到新的亚稳态。在较高温度下，初始转化速率较快。冲击加载到更高的峰值压力的样品经历了更高的初始转化率和更广泛的转化。在这两个阶段的位错含量被观察到是高的冲击样品。退火样品减少了两个相中的位错含量，在$ω$相中的减少较少，导致从$ω\toα$的转变受到$ω$相中位错结构的钉扎效应的限制的假设。电子背散射衍射分析证实，预期的$(0\;0\;0\;1)_α\parallel(1\;0\;\overline{1}\;1)_ω$和$[1\;0\;\overline{1}\;0]_α\parallel[1\;1\;\overline{2}\;\overline{3}]_ω$取向关系保持在退火期间的$α$相的成核和生长期间。\end{abstract}
2015-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Study of the glass transition in the amorphous interlamellar phase of highly crystallized poly(ethylene terephthalate)
聚对苯二甲酸乙二酯（PET）是一种半结晶聚合物，可以从非晶态加热到不同程度的结晶。即使当初级结晶已经完成，二次结晶可以发生进一步退火和修改的非晶层间相的特性。在这项工作中，我们研究了高度结晶的PET的玻璃化转变，并以何种方式通过二次结晶改性。将无定形PET样品在140 ℃和180 ℃之间的温度下退火4小时。用差示扫描量热法监测二次晶化过程，用热激去极化电流法研究剩余层间非晶相的玻璃化转变。采用非等温窗口极化来解决具有明确定义的弛豫时间的模式中的弛豫，随后将其调整为几个标准模型。对实验结果的分析表明，协同效应在层间非晶区有很大程度的降低。结晶温度上的模式的演变表明，大规模的运动逐渐取代更本地化的，具有更高的频率，因为结晶发生在更高的温度。因此，对于较高的退火温度，非晶层间相的玻璃化转变温度趋于较低值。的玻璃化转变的量热扫描的演变模拟从所获得的结果，并显示出相同的行为。这些结果的解释方面，目前的看法有关二次结晶进行了讨论。
2010-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Microstructural engineering by heat treatments of multi-principal element alloys via spinodal mediated phase transformation pathways
本研究利用高通量相场模拟系统探究了单步等温时效、两步等温时效和连续冷却等热处理方案对多主元合金调幅介导相变路径及微观结构的影响，发现连续冷却可反转微观结构拓扑，两步时效能设计出新型分层结构，为微观结构工程提供启示。
2023-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Nucleation of Al Nanocrystals in Solute-Substituted Al Metallic Glasses I: Structural characterization
高Al含量金属玻璃中的一次晶化是由内部结构类似于面心立方Al的纳米尺度区域驱动的。通过比较涨落电子显微镜（FEM）数据和FEM模拟的面心立方Al团簇在致密随机堆积基质中的分布，提取Al 88 Y 7 Fe 5基础玻璃和Al含量为1 at.%的玻璃中有序区域的直径和体积分数Cu替代Y或Al。纳米晶体的尺寸和密度作为等温退火时间的函数，对于相同的合金进行测量。在等温退火条件下，晶相的体积分数增加，相变不是单纯的晶粒粗化，而是晶相的体积分数低于淬火态样品中有序区的体积分数，因此并非所有有序区都起到晶核的作用。合金化有序区域的直径和体积分数的变化与结晶温度、成核速率和结晶密度的变化相关。没有观察到相分离的证据，相似组成的分子动力学淬火结构模型的FEM模拟没有显示实验中观察到的特征。
2023-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Continuum Mechanical Modeling of Strain-Induced Crystallization in Polymers
目前的贡献集中在无填充聚合物的应变诱导结晶的力学模型的一致性。这种现象对于聚合物的机械性能以及它们的制造和应用特别重要。该模型采用耗散势最小原理，并假设两个内部变量：结晶变形和网络的规则性。除了必要的耗散势的演化方程的推导，以及建立Arruda-Boyce模型被选择来描绘的聚合物的弹性行为。该模型的两个特点是演化方向取决于应力状态和在加载和卸载阶段的结晶的区别。该模型已被实施到有限元方法和应用于数值模拟的生长和收缩的晶体区域在循环拉伸试验的样品具有不同的初始配置。这一概念使微观结构的演变可视化，产生的信息，仍然是无法访问的实验技术。
2020-04-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Scalable Autoregressive Deep Surrogates for Dendritic Microstructure Dynamics
本文提出基于短轨迹相场模拟训练的自回归深度代理模型，实现枝晶微结构演化在可扩展时空尺度上的高效准确预测，加速超两个数量级，并在Al-Cu合金凝固中验证了其与相场基准的高度一致性。
2025-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Two Modes of Solid State Nucleation - Ferrites, Martensites and Isothermal Transformation Curves
当结晶固体如铁在结构转变过程中被冷却时，其最终的微观结构敏感地取决于冷却速率。例如，在过渡过程中绝热冷却会产生平衡的“铁素体”，而快速冷却则会产生亚稳的孪晶“马氏体”。目前还没有理论框架来理解这两种微观结构获得的动力学和条件。现有的马氏体动力学理论用弹性应变描述了这种转变，而没有对铁素体的出现做出任何解释。在这里，我们提供了非弹性变量{ \it即}所起的关键作用的证据，动态生成的界面缺陷。一个分子动力学（MD）模拟的模型2维（2D）的固态转变揭示了两种不同的成核模式取决于淬火温度。在高温下，在成核前沿产生的缺陷迅速松弛，从而产生各向同性生长的“铁氧体”。在低温下，缺陷的松弛非常缓慢，迫使原子沿着特定方向协调运动。这导致了一个孪生的临界核，它以与声音相当的速度迅速增长。基于我们的MD结果，我们提出了一个固态形核理论，涉及弹性应变和非弹性缺陷，成功地描述了铁素体和马氏体的转变。我们的工作提供了有用的见解，如何制定一个一般的动力学固态转换。
2001-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Observing Nucleation and Crystallization of Rocksalt LiF from Molten State through Molecular Dynamics Simulations with Refined Machine-Learned Force Field
针对建模与实验中LiF物相的矛盾，本研究通过改进MLFF的MD模拟证明约800 K以下熔融相可结晶为岩盐型LiF，揭示色散相互作用和维里应力对MLFF准确模拟LiF成核结晶的关键作用。
2025-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Control of nucleation and crystal growth of a silicate apatitic phase in a glassy matrix
研究了Si-B-Al-Zr-Nd-Ca-Na-O系统氧化物玻璃中晶体的形核与生长。通过热分析和等温实验监测了成核和生长过程。对于Ca样品，在本体中结晶是均匀的，显示出随着温度的升高结晶度缓慢增加。另一方面，富Na样品在本体中或从表面经历几个结晶过程，导致更大的晶体。当结晶活化能很小时，粘流活化能与玻璃化转变活化能在同一个数量级上。元素的早期扩散是以不同于液态构型重排的机制进行的。富钙基质中晶体的整体密度和小形状证实了它将是次要锕系元素的有利废物形式。
2007-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Phase separation of a supersaturated nanocrystalline Cu Co alloy and its influence on thermal stability
研究了一种平均晶粒尺寸约为100 nm的Cu Co过饱和固溶体在非等温和等温退火条件下的热分解行为、组织演变及其对力学性能的影响。纯的细晶粒Cu和Co在退火时表现出大量的晶粒生长，而Cu Co合金在相同的退火温度下是热稳定的。退火后的微观结构进行了研究，通过独立的表征方法，包括扫描电子显微镜，电子能量损失谱和原子探针层析成像。在Cu Co合金的相分离过程中进行相同的机制，但在不同的长度尺度上：细尺度的调幅型分解观察到在晶粒内部，同时具有较大规模的Co和Cu区域形成的晶界区域附近。随后在较高的退火温度下的晶粒生长导致由纯平衡相组成的微观结构。这样的机制可以用于定制纳米结构以优化某些特性。
2016-11-04 cond-mat.mtrl-sci
Pattern formation during nonequilibrium crystallization by classical-density-functional-based approach
非平衡结晶过程中的凝固形态是自然界和技术领域中最重要的微观结构之一。相场晶体（PFC）模型可以在原子尺度上模拟平衡结晶过程中的斑图形成，但由于缺乏合适的弹性弛豫时间尺度，不能很好地描述非平衡结晶过程。在这项工作中，我们提出了一个最小的经典密度泛函理论为基础的模型，晶体生长在过冷液体。生长前沿形核（GFN）和各种非平衡模式，包括小面生长，球晶，枝晶和柱状等轴转变（CET）等，在原子尺度上掌握。令人惊讶的是，除了过冷度和种子间距，种子分布是决定CET的关键因素。总体而言，两阶段的增长过程，即，扩散控制的生长和GFN主导的生长。但是，与第二阶段相比，第一阶段变得太短，在高过冷度下被注意到。第二阶段的显著特征是位错的急剧增加，这解释了过冷液体中的非晶形核前驱体。研究了不同过冷度下两个阶段之间的过渡时间。体心立方结构的晶体生长进一步证实了我们的结论。
2021-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Visualizing Crystallization Dynamics and Transformation Pathways of Disordered Rocksalt Oxides During Thermally Activated Sol-Gel Synthesis
Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；Brazilian Synchrotron Light Laboratory (LNLS), Brazilian Center for Research in Energy and Materials (CNPEM)（巴西同步辐射光源实验室（LNLS），巴西能源与材料研究中心（CNPEM））；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
研究通过多尺度表征工具探讨了无序岩盐氧化物LMTO在热激活溶胶-凝胶合成中的结晶动力学和转变路径，揭示了其在不同局部转变路径中的化学和结构变化。
2026-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Influence of P2O5 and SiO2 addition on the phase, microstructure, and electrical properties of KNbO3
在这方面的贡献，P2 O 5和SiO2的添加对相，显微结构和KNbO 3的电性能的影响进行了研究。通过混合氧化物法制备了通式为（1-x）KNbO 3·xP 2 O 5（x = 0.03，0.05）和（1-x）KNbO 3·xSiO 2（x = 0.1）的样品粉末。通过TG/DTA研究了混合研磨的粉末的热行为，其显示在30 < T < 1200 ℃的温度范围内的总重量损失为33.4wt%，并且在约795 ℃下发生结晶相变。结果表明，P_2O_5作为烧结助剂，可使KNbO_3的烧结温度降低约30 ℃，并促进KNbO_3的致密化。使用X-射线衍射表征在加工的各个阶段的样品组合物。在T < 1020 C烧结的样品显示主要是KNbO 3，同时有一对低强度的K3 NbO 4峰作为第二相。（1-x）KNbO_3·xSiO_2（x = 0.1）样品的SEM图像显示，随着烧结温度从1000 ℃升高到1020 ℃，平均晶粒尺寸从3.76 μ m略微增加到3.86 μ m。由于P2 O 5和SiO2的加入以及所施加的AC信号的频率，观察到介电常数和损耗角正切的强烈变化。
2018-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Simulation of dendritic-eutectic growth with the phase-field method
本研究构建了可模拟树枝晶、共晶及二者耦合生长的相场模型，通过二维、三维模拟探究了成分、加工条件等对微观组织的影响，填补了两类组织耦合生长研究的空白。
2024-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Sustainable Pre-reduction of Ferromanganese Oxides with Hydrogen: Heating Rate-Dependent Reduction Pathways and Microstructure Evolution
本研究探讨了加热速率对天然Nchwaning铁锰矿石氢基预还原的影响，发现加热速率是控制还原路径、相分布和微观结构演变的关键参数，为优化可持续铁锰生产提供了重要见解。
2025-07-05 cond-mat.mtrl-sci
Effect of grain boundary state and grain size on the microstructure and mechanical properties of alumina obtained by SPS: A case of the amorphous layer on particle surface
研究了不同加热方式和升温速率对超细氧化铝粉末收缩动力学的影响。研究对象包括（i）亚微米α-Al_2 O_3粉末，（ii）颗粒表面具有非晶层的亚微米α-Al_2 O_3粉末，（iii）细α-Al_2 O_3粉末。采用放电等离子烧结（SPS）技术制备氧化铝陶瓷试样。使用同样细的粉末（i）和（ii）来分析非晶层对烧结动力学的影响。粉末（i）和（iii）用于分析初始粒度对收缩动力学的影响。使用Young-Cutler和Coble模型分析收缩曲线。研究表明，亚微米粉末的烧结动力学是由晶界扩散强度决定的，细粉末的烧结动力学是由晶格和晶界同时扩散决定的。已经确定亚微米α-Al_2 O_3粉末表面上的非晶层影响SPS最后阶段的晶界迁移速率和Coble方程参数。已经提出，由在颗粒表面上具有非晶层的亚微米粉末烧结的氧化铝陶瓷的异常特性与在非晶层结晶期间形成的晶界处的缺陷浓度增加有关。
2022-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Partial crystallization in a Zr-based bulk metallic glass in selective laser melting
非晶态金属由于没有晶界和位错而具有优异的性能，因此很有希望用作结构材料。获得非晶态金属需要高冷却速率的淬火。在传统技术中，这是阻碍金属玻璃应用的相当大的尺寸限制的原因。增材制造（AM）不受尺寸限制。所谓的块体金属玻璃（BMG）合金具有极低的临界冷却速率，可用于AM。利用选择性激光熔化（SLM）技术制备Zr基非晶合金的研究已经证明了获得非晶态的可能性，但部分晶化是该技术的主要缺陷。本文旨在分析部分晶化的条件，并试图通过优化工艺参数来控制部分晶化。本文对Zr基非晶合金的单道SLM实验进行了全面的参数分析，结果表明，部分晶化的条件是最佳的。观察到的显微组织与由解析传热模型估算的激光冲击区温度场和热循环有关。在激光轨迹的截面上，该模型与实验结果吻合较好，在重熔区的周围有一个环形的较暗的结晶区，在重熔区的中心有一个亮区，在重熔区的周围有一个环形的较暗的结晶区区域尺寸与激光功率和扫描速度的关系。激光处理前存在于基体中的初生晶体夹杂物似乎在激光熔化时溶解。重熔区的平均冷却速率远大于临界冷却速率。因此，不期望均匀形核。然而，理论上估计的结晶时间足以在热量中进行相当大的晶体生长-原生结晶包裹体和晶核未完全溶解的影响区
2022-11-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Modeling the Thermal Stability of the $α/ω$ Microstructure in Shocked Zr: Coupling between defect state and phase transformation
在高压下，Zr经历从其环境平衡六方密堆积$α$相到简单六方$ω$相的转变。随后卸载到环境条件不会完全逆转到$α$相，而是保留显著的$ω$。先前，$ω$相的热稳定性是通过在443、463、483和503 K下冲击至8和10.5 GPa的Zr样品的等温退火的原位同步加速器X射线衍射分析来研究的。定量跟踪相体积分数，半定量跟踪位错密度。趋势包括从$ω\toα$的快速初始（瞬时）转化率，随后是平稳状态，达到新的亚稳态，保留较少的$ω$（渐近）。在开始认真的反向转变之前，观察到$ω$相中位错密度的显著降低，从而导致$ω\toα$转变被$ω$相中的缺陷阻碍的假设。作为这项工作的延续，我们提出了一个温度依赖的模型，耦合去除位错的$ω$相和逆变换通过势垒能量，这是与剩余的位错的自由能。在$ω$相中位错的减少作为滑移和攀移控制过程的总和而发生，这两者分别决定了退火过程的瞬态和渐近行为。
2018-06-15 cond-mat.mtrl-sci
The Emergence of Photonic Crystalline Order and Time-Series Dynamics in NaCl Droplet Deposition
Jagiellonian University（雅盖隆大学）；AGH University of Krakow（克拉科夫AGH科技大学）
本研究通过多尺度实验，揭示了NaCl液滴在锗基底上蒸发时，扩散各向异性主导晶体结构尺寸，并形成一维光子晶体纳米结构，提出了NaCl等效高度作为统一度量，建立了预测蒸发液滴结晶行为的实验框架。
2026-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
A Comparative Analysis of Inconel 718 Made by Additive Manufacturing and Suction Casting: Microstructure Evolution in Homogenization
均匀化是增材制造（AM）部件后热处理中实现均匀微观结构的关键阶段之一。在均匀化过程中，晶粒粗化可能是保留强度的问题，这需要仔细设计时间和温度。因此，适当的均匀化设计对于AM设计变得特别重要，因为加工硬化通常不再是一种选择。在这项工作中，我们发现了一个有趣的现象，在均匀化的吸铸和AM Inconel 718高温合金。通过1180°C的短期和长期等温热处理，我们观察到在吸铸合金中的异常晶粒长大，而在激光粉末床熔合（LPBF）制备的合金中的连续再结晶。均质12 h后，AM样品的晶粒尺寸保持在130 μm左右，甚至略有减小。Nb在AM合金中的均匀性被确定为NbC形成的关键因素，其进一步影响在1180°C下的再结晶动力学。多类型的位错行为进行了研究，以阐明在均匀化合金LPBF后观察到的晶粒细化。该研究为AM合金的微观组织工程提供了一条新的途径，以改善其机械性能，使其优于传统制造的合金。
2020-09-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Interplay between thermal and compositional gradients decides the microstructure during thermomigration: a phase-field study
本研究提出一种耦合浓度与热梯度的相场模型，通过模拟Fe-C和Fe-N合金系统，揭示了热梯度、沉淀物尺寸及颗粒间距对沉淀物迁移与形态变化的影响，为热迁移下的微观结构演化提供了新见解。
2024-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure engineering of metamagnetic Ni-Mn-based Heusler compounds by Fe-doping: A roadmap towards excellent cyclic stability combined with large elastocaloric and magnetocaloric effects
Ni-Mn基变磁性记忆合金对磁场和单轴应力表现出巨大的热响应，可用于单热量或多热量冷却概念，以实现节能和可持续的制冷。然而，在循环操作期间，这些合金由于其高的固有脆性而遭受结构和功能疲劳。在这里，我们提出了基于Fe掺杂的Ni-Mn-In的微结构设计策略，该策略同时提高循环稳定性并保持优异的磁热和弹性热性能。我们的研究结果表明，沉淀的强烈富铁和贫铟相干二次γ相在晶界上，可以确保良好的机械稳定性，通过阻碍在循环加载过程中的晶间断裂。以这种方式，在超过16000次循环中实现了-4.5K的大的弹性热效应，而没有结构或功能退化，这对应于与单相Ni-Mn-In-（Fe）相比循环稳定性增加了超过三个数量级。此外，我们证明了单相Ni-Mn-In-（Fe）的大磁热效应可以保留在双相材料中，当二次γ相仅在晶界处形成时，因为Heusler基质内的马氏体相变几乎不受影响。这样，在2 T下，双相Ni-Mn-In-Fe合金的绝热温变为-3K，等温熵变为15 $Jkg^{-1}K^{-1}$。我们期望这一概念可以应用于其他单热量和多热量材料，从而为固态热量冷却应用铺平道路。
2021-11-04 cond-mat.mtrl-sci
Phase-field investigation of non-isothermal solidification coupled with melt flow dynamics
Technische Universität Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；Johannes Gutenberg-University Mainz（美因茨约翰内斯·古腾堡大学）；Johannes-Kepler University Linz（林茨约翰内斯·开普勒大学）
本文提出一种非等温相场模型，用于固态化与熔体流动的耦合，考虑了毛细应力和交叉耦合项，以更准确地模拟热毛细效应及树状生长。
2026-03-03 cond-mat.mtrl-sci physics.flu-dyn
Crystal Nucleation in Al-Ni Alloys: an Unsupervised Chemical and Topological Learning Approach
结晶是材料凝固的基本过程，决定了材料的微观结构。在原子尺度上的复杂现象的驱动下，它对合金的理解仍然是难以捉摸的。采用大尺度分子动力学模拟方法研究了典型过冷Al-Ni二元合金的均匀形核途径。一个无监督的拓扑学习分析表明，成核集首先从化学排序，其次是键取向排序的基础晶相。我们的研究结果还表明，不同的多晶型物的选择，这取决于组合物。Al 50 Ni 50的形核过程是一个单一的台阶，B2短程有序的出现，而Al 25 Ni 75的形核过程是一个向L12相的台阶形核过程。进一步讨论了纯Al和纯Ni对应物形核的影响。
2022-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Crystallization kinetics of (S)-4'-(1-methylheptyloxycarbonyl)biphenyl-4-yl 4-[4-(2,2,3,3,4,4,4-heptafluorobutoxy)but-1-oxy]-2-fluorobenzoate
本文研究了m=4的胆甾型液晶化合物的结晶动力学，通过偏光显微镜和差示扫描量热法测得其成核势垒为409 kJ/mol，完全玻璃化阈值冷却速率为81或64 K/min，并利用X射线衍射和弛豫过程分析了其层状结构与动态玻璃化转变温度。
2023-12-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Modeling the aging kinetics of zirconia ceramics
研究了不同显微结构的钇稳定四氧化锆多晶（3 Y-TZP）。利用X射线衍射、原子力显微镜（AFM）和光学干涉法研究了134 °C水蒸汽中四斜晶系向单斜晶系的等温转变。老化动力学分析的成核和生长方面，使用Mehl-Avrami-Johnson（MAJ）的形式主义。对氧化锆表面的老化过程进行了数值模拟，并将模拟结果与老化动力学进行了较好的拟合。模拟结果表明，MAJ定律的指数不仅由成核和生长机制控制，而且主要由它们各自的动力学参数控制。在表面的成核和生长速率的测量，在老化的开始，并使用数值模拟允许老化动力学的准确预测。
2017-10-12 cond-mat.mtrl-sci
Rotation of crystal seed during early stages of growth reveals the anisotropy of glass matrix
本研究通过分子动力学模拟发现，玻璃基质中晶体籽晶在生长早期因非均匀受力发生旋转，揭示了玻璃在结晶早期的各向异性，为定制微晶玻璃微观结构提供了新见解。
2025-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Microstructural diversity, nucleation paths and phase behaviour in binary mixtures of charged colloidal spheres
我们研究低盐，二元水悬浮液的带电胶体球的尺寸比Φ = 0.57，数密度低于共晶数密度n_E，和数分数p = 1.00-0.40。由均匀剪切熔体凝固获得的典型相是体心立方结构的替代合金。在严格气密的小瓶中，多晶固体在长时间内对熔化和进一步相变是稳定的。为了比较，我们也准备了相同的样品，缓慢和机械不受干扰的商业狭缝细胞去离子。这些细胞的特点是一个复杂的，但良好的再现性序列的全球和局部梯度的盐浓度，数密度和组成诱导连续去离子，电泳运输和差异沉降的组件，分别。此外，它们提供了适合β相非均质成核的扩展底表面。我们给出了一个详细的定性表征的结晶过程中使用成像和光学显微镜。与体样品相比，在狭缝单元中的初始合金形成不是体积填充的，并且我们现在还观察到具有低溶解度的奇数组分的α和β相。除了最初的均匀成核路线，梯度的相互作用打开了各种进一步的结晶和转化途径，导致微观结构的巨大多样性。在随后的盐浓度增加时，晶体再次熔化。基于壁的卵石状β相晶体和多面α晶体最后熔化。我们的观察结果表明，在体实验中形成的替代合金均匀成核和随后的增长是机械稳定的情况下，固-液界面，但结晶亚稳。
2023-02-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Nucleation instability in super-cooled Cu-Zr-Al glass-forming liquids
在过冷液体和玻璃的计算机模拟中，很少有代表某些类型的真实玻璃形成系统的通用模型起着特殊的作用。最近，它被证明是最广泛使用的模型玻璃形成- Kob-Andersen二元Lennard-Jones混合物-结晶在相当长的分子动力学模拟，而且，它实际上是一个非常差的玻璃形成在大系统尺寸。因此，我们对模型玻璃形成剂的结晶稳定性的理解远未完成，这是因为迄今为止考虑的系统尺寸相对较小且时间尺度较短。在这里，我们解决这个问题的两个嵌入的原子模型在过去几年中广泛使用的数值研究的Cu-Zr-（Al）块体金属玻璃。我们认为${\rm Cu_{64.5}Zr_{35.5}}$和${\rm Cu_{46}Zr_{46}Al_{8}}$合金具有高玻璃形成能力。探索他们的结构演变在连续冷却和等温退火，我们观察到，这两个系统成核在足够长的模拟，虽然${\rm Cu_{46}Zr_{46}Al_{8}}$表现出更高的临界成核时间的数量级。此外，对于大系统尺寸（$N > 20,000$），${\rm Cu_{64.5}Zr_{35.5}}$实际上对结晶不稳定。这两个系统结晶与四面体紧密堆积的不同类型的Laves相的形成。我们发现，这两个系统在液体和玻璃态的结构包含相当数量的多面体簇。我们认为，模拟${\rm Cu_{64.5}Zr_{35.5}}$合金的形核不稳定性是由于它的组成是非常接近的C15 Laves相结构的…
2018-09-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Phase field model for coupled displacive and diffusive microstructural processes under thermal loading
本文提出了一个非等温相场模型，它在一个统一的框架内同时描述了位移相变和扩散相变。该模型是在一个正式的热力学设置，它提供了指导，允许的本构关系和耦合的许多物理过程是活跃的。相变是由温度依赖的自由能函数驱动的，该自由能函数在转变温度以下变得非凸。高阶空间梯度存在于模型中，以考虑相边界能量，这些条款需要在能量平衡方程中引入非标准项，以满足经典的熵不等式逐点。为了解决由此产生的平衡方程，Galerkin有限元方案阐述。为了严格地处理高阶空间导数的存在与表面能在相边界的动量和质量平衡方程，一些新的数值方法被使用。数值例子，考虑边界冷却域在不同的速率，这些结果表明，该模型可以定性地再现在一些合金，特别是钢中观察到的微观结构特征的演变。所提出的模型打开了一些有趣的可能性，模拟和控制下的热和机械载荷的组合的微观结构图案的发展。
2011-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Kinetics of the surface-nucleated transformation of spherical particles and new model for grain-boundary nucleated transformations
在适用于该问题的Kolmogorov方法的框架内，导出了在非等温和等温两种情况下，球形颗粒表面成核的转化体积分数方程。决定的转变动力学的特征参数，后者的研究特别强调的Avrami指数的时间行为。结果表明，表面形核的转变定性地不同于体形核的一个在大的值的特征参数，由于一维径向生长的新相发生后，在该过程的早期阶段的表面本身的完全转变。这种效果也体现在考虑合奏的大小分布的颗粒和晶界形核的转变。对数正态分布固有的研磨获得的颗粒用于数值计算，并示出拉伸时间的体积分数和Avrami指数的依赖性的合奏相同的颗粒。一个新的模型替代随机平面的卡恩模型的晶界成核变换提供;它是基于合奏的大小分布的球形颗粒的可能性，为一个不断增长的核跨越晶界。这个过程的动力学被证明是由相同的特征参数，作为一个单一的粒子，定性不同于卡恩模型之一。特别是，对数体积分数图在大的值的控制参数结束时观察到的特征弯曲的实验曲线上的大块金属玻璃的结晶。这一特性连同图的整体形式直接表明了金属玻璃的晶粒（多团簇）结构和团簇间边界的成核。
2020-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Influence of CaO and SiO2 additives on the sintering behavior of Cr,Ca:YAG ceramics prepared by solid-state reaction sintering
Institute of Low Temperature and Structure Research Polish Academy of Science（波兰科学院低温结构研究所）；Institute for Single Crystals, National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院单晶研究所）；Politecnico di Torino（都灵理工大学）
研究氧化钙和氧化硅对Cr,Ca:YAG陶瓷烧结行为的影响，发现其通过形成液相或离子消耗机制影响陶瓷的光学性能。
2026-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary defects induced Tc increment in MnSi
Université de Lorraine（洛林大学）；Saarland University（萨尔兰大学）；Jožef Stefan Institute（约热·斯特凡研究所）
通过控制晶粒尺寸，MnSi的居里温度从30K提升至120K，利用磁溅射与激光退火结合技术实现晶粒可控生长，激光参数调控影响晶粒大小与性能。
2026-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Controlling Quantum Materials by Growth: Thermodynamics, Kinetics, and Defect Engineering in Transition Metal Dichalcogenides
University of Doha for Science and Technology（多哈科学技术大学）；University of Sharjah（沙迦大学）
本文研究了通过控制生长条件来调控过渡金属二硫化物的电子态，探讨了热力学、动力学和缺陷工程在确定材料电子行为中的作用。
2026-04-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Deformation assisted precipitation in binary alloys: A competition of time-scales
本文利用二维相场晶体合金模型研究机械形变对二元合金析出动力学的影响，发现临界应变后缺陷辅助析出加速并导致Avrami行为偏离及平台状拐点，且平台随形变速率增大发生不连续分岔。
2025-02-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Essential role of liquid phase on melt-processed GdBCO single-grain superconductors
提出融合TSIG与TSMG优势的LS+LTmax熔融生长法，利用富液相和低加工温度改善GdBCO单畴微观均匀性与磁通钉扎，显著提升77 K俘获磁场。
2023-04-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con physics.app-ph
