Roundness of grains in cellular microstructures
许多物理系统是由不同大小和形状的多面体单元组成的。这些结构是简单的，在这个意义上，不超过三个面满足一个边缘和不超过四个边缘满足一个顶点。这意味着单个细胞通常可以被认为是简单的三维多面体。本文讨论了确定这种多面体胞元的组合类型的分布。我们引入术语\emph{fundamental}和\emph{vertex-truncated}类型，并将这些概念应用于作为试验场的晶粒生长微观结构。对于这些微结构，我们证明，大多数晶粒是特定的基本类型，而顶点截断类型的频率呈指数下降的截断数。这可以通过形成晶粒生长结构的演化过程来解释，并且在该过程中，能量上不利的表面被迅速消除。此外，我们观察到，这些颗粒类型是“圆”的组合意义上：有没有“短”的分离周期，分割成两个部分的多面体大小相似。一个特定的微观结构来自泊松-Voronoi初始条件被确定为包含一个异常大的比例的圆形晶粒。该圆形微结构具有每个晶粒的平均$14.036$面，并且被证实比稳态晶粒生长微结构更耐拓扑变化。
2017-07-08 cond-mat.mtrl-sci math.CO math.MG
Effect of palladium on the microstructure and grain boundary complexions in SiC
TRISO（三结构各向同性）包覆燃料颗粒研究中的主要挑战之一是了解裂变产物通过SiC的扩散。在铀核内部产生的元素中，有人认为钯可能会增强其他裂变产物的扩散。本文研究了Pd与SiC之间的相互作用。我们已经观察到，随着Pd的扩散，它可以改变SiC的化学组成和微观结构。电子背散射衍射（EBSD）分析表明，Pd的大角度晶界的数量从47%增加到59%。此外，我们已经观察到，随着Pd的扩散，它通过在晶界处留下过量碳的痕迹而改变了SiC的组成。这种局部化学成分和微观结构的变化表明，由Pd引起的晶界复合转变和一种新的方式，其中Pd可以导致其他裂变产物的更快的扩散路线。
2019-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Distribution of Topological Types in Grain-Growth Microstructures
在研究正常晶粒生长时，一个悬而未决的问题是微结构收敛到的渐近状态。特别是，颗粒拓扑的分布是未知的。我们引入了一个类似的理论来解释这些分布在二维和三维系统。具体地，类似弯曲的能量$E_i$与每个颗粒拓扑$t_i$相关联，并且观察到该特定拓扑的概率与$\frac{1}{s(t_i)}e^{-βE_i}$成比例，其中$s(t_i)$是相关联的对称群的阶，而$β$是类似几何的常数。我们解释了这种方法的物理起源，并提供数值证据支持。
2020-07-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Parent grain reconstruction from partially or fully transformed microstructures in MTEX
一个通用的通用框架，从完全或部分转化的子微观结构的母颗粒重建被集成到开源晶体学工具箱MTEX。该框架将传统的母晶重构、相变和变体分析扩展到所有的母子晶对称组合。普遍适用的母体颗粒重建方法的固有多功能性以及进行深入变异分析的能力通过示例工作流程展示，这些示例工作流程可以由用户以编程方式修改以适应其特定应用。这通过三种应用突出显示，即板条马氏体钢中的$α$ -至- $γ$重构、Ti合金中的$α$ -至- $β$重构、以及孪生和相变诱导塑性钢中从$α$ -至-$\varepsilon$ -至-$γ$的两步重构.高级方向关系发现和分析选项，包括变体分析，通过附加函数库ORTools演示。
2021-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Unraveling impacts of polycrystalline microstructures on ionic conductivity of ceramic electrolytes by computational homogenization and machine learning
本研究针对氧化物陶瓷晶界离子电导率低的瓶颈，通过有限元均匀化计算分析多晶微观结构对离子电导率的影响，构建图神经网络模型实现电导率精准预测，为微观结构优化提供定量指导。
2024-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Delineating the interplay effects of microstructure topology and residual stresses in ultrafast laser irradiated thin films
Forschungszentrum Juelich（于利希研究中心）；RWTH Aachen University, Faculty of Georesources and Materials Engineering（亚琛工业大学资源与材料工程学院）
本研究通过混合两温度模型-分子动力学模拟，探讨了超快激光照射下金薄层中微结构拓扑、残余应力等因素的复杂相互作用，揭示了微结构配置、拓扑、晶粒尺寸和晶体学取向对激光-金属相互作用的层次影响。
2026-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Geometry of polycrystals and microstructure
我们调查的几何形状的多晶体，表明凸晶粒的内部晶粒形成的多晶体是多面体的，而与一般的晶粒几何形状的多晶体的三相点是小的。然后，我们研究可能的马氏体形态所造成的晶间接触。对于四元到四元的转换，我们表明，均匀的零能量微观结构匹配的纯膨胀的晶界上必然涉及四个以上的变形梯度。我们讨论了这一结果的相关性，在各种材料中的微观结构，涉及二阶和三阶层压板的观察。最后，我们考虑更专门的情况下形成的双晶材料有两个马氏体能量阱（如正交单斜的转变），但没有任何限制的可能的微观结构，显示如何推广的阿达玛跳跃条件可以应用在晶界，以表明一个纯相在任何晶粒是不可能的最低能量。
2015-10-11 cond-mat.mtrl-sci math.AP
Multi-parameter optimization of attenuation data for characterizing grain size distributions and application to bimodal microstructures
本文分析了多晶体中晶粒尺寸不均匀性对超声衰减的影响。首先，新的分析发展允许扩展的统一理论的斯坦克和基诺一般的晶粒尺寸分布。然后，它示出，一个可以添加分解的衰减系数提供组的晶粒被定义。其次，研究是专门的双峰分布的晶粒尺寸的微观结构的数值模拟软件Neper的装置。衰减系数的贡献来自大颗粒和小颗粒的添加剂分区激励用于表征粒度分布的优化过程的推导。上述方法，这是基于最小二乘最小化，最后提出和说明的分析和数值衰减数据。结果表明，该方法可以从频率依赖的衰减系数中得到大颗粒体积分数和模态等效直径的近似值。
2021-04-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Towards standardisation of average grain size measurement of additively manufactured microstructures using EBSD
National Physical Laboratory（英国国家物理实验室）；Henry Royce Institute, Department of Materials, University of Manchester（曼彻斯特大学亨利·罗伊斯学院材料系）
针对增材制造合金的异质微观结构，通过实验室间比较研究，提出了一种基于EBSD的平均晶粒尺寸测量新标准，并在多种Ni和Al增材制造组件上验证了其适用性和局限性。
2026-05-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Accessing topological feature of polycrystalline microstructure using object detection technique
晶粒的面类，通常被称为拓扑特征，在很大程度上决定了晶粒生长过程中多晶微观结构的演变。实现这些拓扑特征通常是一项艰巨的任务，通常需要复杂的技术。在目前的工作中，一个独特的机器学习算法扩展为第一次理解构成多晶连续体的晶粒的拓扑分布。这种基于回归的对象检测方法除了显着减少人力并确保计算效率外，还通过引入适当的边界框来预测颗粒的面类。经过足够的训练和验证，超过500个时期，当前模型显示出与地面实况的显着重叠，包括手动实现的多晶微观结构的拓扑特征。这种处理的准确性进一步证实了相关的统计研究，包括精度召回分析。该模型暴露于未知的测试数据集，并通过将其预测与标记的微观结构进行比较来评估其性能。反映统计准确性的是，在这些涉及不同颗粒数量的多晶系统的比较研究中，算法预测与基础事实之间的高度一致是显而易见的。
2022-12-30 cond-mat.mtrl-sci
Improving parent-austenite twinned grain reconstruction using electron backscatter diffraction in low carbon austenite
针对低碳奥氏体中退火孪晶影响母相奥氏体晶粒重构的难题，提出一种新的“重新排序”算法，利用EBSD数据验证表明该算法显著改善了PAG重构及晶界网络，促进了TMCP钢的开发。
2024-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Creating Continuously Graded Microstructures with Electric Fields via Locally Altering Grain Boundary Complexions
本文以ZnO为模型体系，提出利用外加电场驱动缺陷极化以局部改变晶界复合相，从而创建连续梯度微观结构，并通过AC STEM、DFT、AIMD和光致发光光谱揭示阳极附近阳离子缺失晶界促进晶粒定向生长的机制。
2023-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Conditional grain-graph diffusion for property-guided inverse design of polycrystalline microstructures
Department of Materials Science and Engineering, University of Toronto（多伦多大学材料科学与工程系）
提出条件晶粒图扩散框架，结合增强晶粒图神经网络，高效实现双相Ti-6Al-4V微结构的性能引导逆设计，生成候选性能接近预设且晶体学一致性高，运行速度远快于随机搜索与进化优化。
2026-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure and formation mechanisms of δ-hydrides in variable grain size Zircaloy-4 studied by electron backscatter diffraction
用电子背散射衍射研究了原始细晶和“块状”α-大晶粒Zr-4合金（平均晶粒尺寸分别为~11 μm和>200 μm）中δ相的显微组织和晶体学。结果表明，基体-氢化物取向关系为{0001}α|| {111}δ; <11-20>α||<110>δ为所有研究的情况下。发现晶内晶界和部分晶间晶界的惯习面为周围基体的{10-17}面。晶间氢化物的形态可以根据晶界和氢化物惯习面之间的角度而变化。α-Zr和δ-氢化物之间的失配应变由位错密度和孪晶结构调节，并提出了孪晶形成的机制。晶界的生长是通过自催化的方式实现的，类似于晶内晶粒的生长模式。容易的集体剪切使<1-100>氢化物在任何晶界处成核成为可能，而该过程似乎有利于具有低（<40°）和高（>80°）c轴取向差角的晶界。此外，晶界和相邻基面之间的角度不影响氢化物成核的倾向。
2018-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Accurate grain boundary plane distributions for textured microstructures from stereological analysis of orthogonal two-dimensional electron backscatter diffraction orientation maps
Imperial College London（帝国理工学院）；University of Oxford（牛津大学）；Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；BlueQuartz Software（BlueQuartz软件公司）；The Zero Institute（零研究所）
提出结合三个正交EBSD取向图数据的体视学方法，消除单一平面观察视角偏差，成功获取强织构显微组织定性准确的晶界平面分布，虽高估各向异性但定性分析有效。
2025-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Evolution of Microstructure and Relaxor Ferroelectric Properties in (La_zBa_(1-z)(Ti0.80Sn0.20)O3
本文报道了一系列镧掺杂的锡钛酸钡（LBTS）陶瓷的微观结构与铁电性能的关系。采用固相反应法制备了样品，XRD分析表明样品为单相结构。扫描电子显微镜显示，虽然低La掺杂1原子%产生抑制晶粒生长在1 LBTS，较高的La掺杂量产生较大的叶状晶粒。这种特殊的晶粒生长和微结构演变可以归因于以下两个竞争因素的组合：（i）由于La掺杂导致的O空位的抑制导致晶粒生长抑制和（ii）由于共晶现象导致La掺杂高于2原子%导致2-D（叶状）晶粒的成核和生长的机制的增强。介电常数的测量表明，除了La增强扩散相变在BTS中，但其频率依赖性仅观察到在2原子%的La掺杂。这种特征弛豫行为和La掺杂的特定拉曼峰的强度的增加，以及非饱和PE磁滞回线证实了2和3原子% La掺杂BTS的极性纳米区域的存在。然而，由于晶粒尺寸减小，介电常数不能显著提高。
2016-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Multiphysics simulations of microstructure influence on hysteresis and eddy current losses of electrical steel
Michigan State University（密歇根州立大学）；Johannes Kepler University（约翰内斯·开普勒大学）
本文通过多尺度模拟研究电气钢微结构对磁滞和涡流损耗的影响，采用微磁模拟和计算 homogenization 方法分析 Fe-Si 合金的磁滞和导电性，揭示平均晶粒尺寸和晶界相厚度对损耗的影响。
2025-08-11 cond-mat.mtrl-sci
The surface-tension-driven Benard conventions and unique sub-grain cellular microstructures in 316L steel selective laser melting
在某些特殊合金（316 L、Al-Si、Co-Cr-Mo）的选择性激光熔化（SLM）过程中发现了独特的亚晶结构，亚微米尺度的胞状、拉长胞状甚至能带结构总是共存于单个宏观凝固晶粒内部。此外，蜂窝结构是对称的，具有六边形、五边形和正方形蜂窝图案，其中蜂窝尺寸仅在1μm左右。单层和散装316 L SLM实验，揭示了这些亚晶胞状组织的形成机制。在复杂的温度梯度和表面张力梯度的作用下，固/液界面（所谓的糊状区）前的局部对流和Bénard不稳定性形成了复杂的亚微米蜂窝状图案。换句话说，在S/L界面处发生的这种非线性自组织现象（Bénard不稳定性）叠加在宏观晶粒凝固过程上，以形成亚晶粒图案/结构和元素微观偏析。这种简单而统一的解释可以扩展到由SLM形成的其他共晶合金，如Al-Si系统。
2018-01-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Concurrent transitions in wear rate and surface microstructure in nanocrystalline Ni-W
纳米晶金属由于其优异的强度和硬度而成为耐磨应用的有前途的材料，但先前的工作表明，循环加载会导致粗化。在这项研究中，进行了划痕磨损试验，纳米晶Ni-19原子%，W薄膜的沉积晶粒尺寸为3 nm，与系统的表征后，不同的磨损周期。观察到一种新的梯度纳米晶组织，并发现磨损率与亚表面组织之间存在直接联系。通过对原始样品进行退火来产生具有相同组成和45 nm平均晶粒尺寸的第二Ni-W样品。随后的磨损试验表明，在该样品中产生了相同的次表面微观结构，强调了在确定磨损过程中的稳态晶粒尺寸的变形机制中的交叉的重要性。
2018-09-07 cond-mat.mtrl-sci
A particle-based approach for the prediction of grain microstructures in solidification processes
针对凝固过程晶粒微观结构预测的计算局限性，提出一种基于拉格朗日粒子的晶粒包络跟踪方法，能预测固定晶粒竞争生长和柱状-等轴转变，通过基准测试验证并与激光焊接模型耦合，提升宏观尺度模拟能力。
2025-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure, mechanical properties and aging behaviour of nanocrystalline copper-beryllium alloy
本文报道了大塑性形变Cu -2wt%Be合金粗晶和纳米晶时效动力学的综合研究。结果表明，粗晶合金时效后，连续形成纳米级的体心立方（bcc，CsCl型）半共格颗粒，其晶体取向关系为{220} Cu // {200} CuBe。这些颗粒产生了显着的内部应力场，并成为位错滑移的障碍，导致硬度从95维氏硬度（HV）的溶解合金到400 HV的老化的变化。剧烈的塑性形变导致形成平均晶粒尺寸为20 nm和HV为390的单相纳米晶组织。结果发现，该晶粒尺寸轻微驱动晶界偏析。纳米晶合金的进一步时效导致沉淀物在原Cu晶界上的不连续形成和亚稳相的跳跃。观察到老化纳米结构合金的最大硬度为466 HV的显著的时效硬化。力学性能测试结果表明，对于粗晶和纳米晶合金，显微组织和进一步时效对合金的强度性能都有很大的影响。纳米结构合金具有良好的热稳定性。CuBe相的硬度值的理论计算。结果表明，Be作为一种轻合金元素，可以直接改变大变形铜合金的显微组织。
2020-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Data-driven analysis of grain-growth kinetics in duplex and triplex systems
在多相系统中晶粒生长过程中，单个相-晶粒的演化动力学与整个微观组织生长速率之间的关系还没有得到令人信服的理解。因此，在这项工作中，舒适的可理解的统计工具来实现的多相系统的整体晶粒生长动力学，双相和三相，具有不同的相分数的演变相晶粒的影响。一个数据集，能够呈现统计上显着的，和访问，信息是通过建模和分析，在二十个不同的多晶系统，包括14个三重和五个双相微结构与不同的相分数，和一个均匀的单相系统，在多相场框架中的晶粒生长。这些广泛的微观结构的统计分析揭示，在各向同性的晶粒生长过程中，双相和三相系统的整体演化动力学主要由主相晶粒的生长速率决定，而与相分数无关。此外，通过多元非线性回归，人们意识到，随着主相晶粒的体积分数的增加，由双相和三相显微组织所表现出的整体各向同性晶粒生长速率按照一定的指数关系增加。此外，本研究揭示，虽然在三重微结构中的晶粒生长过程中的各个相晶粒的演变表现出一定程度的相互依赖性，但在具有相对低体积分数的次要相的晶粒之间观察到最少的相互作用。
2021-08-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Employing constrained non-negative matrix factorization for microstructure segmentation
本文提出用约束非负矩阵分解分割EBSD微观结构，在像素级分辨小于1度的小角度晶界并预测花样重叠程度，经模拟和单晶枝晶实验验证其稳健有效。
2024-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Automated Analysis to Reveal Grain Boundary Phase Microstructures
Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；Northwestern University（西北大学）
该研究开发了一种自动化工具，可对平面重合位置点阵晶界进行微结构映射，识别晶界相分布、量化相特异性过剩性质并估算相界伯格斯矢量含量，为晶界演化研究提供支撑。
2026-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Laguerre tessellations and polycrystalline microstructures: A fast algorithm for generating grains of given volumes
我们提出了一种快速算法，用于生成具有给定体积单元的拉盖尔图，该算法可用于创建多晶材料的RVE以进行计算均匀化，或用于将拉盖尔图拟合到金属的EBSD或XRD测量。给定一个列表所需的细胞体积，我们解决了凸优化问题，找到一个拉盖尔图与这些体积的细胞，任何规定的公差。该算法是建立在计算几何和最优输运理论的工具，据我们所知，还没有被应用到微观结构建模之前。我们通过生成具有用户定义的体积分布的RVE来说明该算法的速度和准确性，该体积分布在3D中具有多达20，000个颗粒。在标准台式PC上，我们可以实现小于小于1%的体积百分误差（以分钟为单位）。我们还给出了多分散微观结构的例子，带，集群和尺寸梯度，并拟合拉盖尔图的三维EBSD测量的IF钢。
2020-06-30 cond-mat.mtrl-sci math.OC
OptiMic: A tool to generate optimized polycrystalline microstructures for materials simulations
多晶微结构以其独特的物理、化学、结构和拓扑实体，在决定材料的有效性能方面起着重要作用。特别是对于计算研究，众所周知的Voronoi曲面细分技术经常用于获得微结构。然而，标准的Voronoi曲面细分显示出的统计数据通常与真实微观结构中的统计数据相差甚远。然而，这种镶嵌可以被优化以获得在真实微结构中看到的某些关键特征和统计数据。在这项工作中，我们开发的开源软件包OptiMic，使生成优化的微观结构的有限元以及原子模拟。OptiMic允许单分散颗粒以及目前通过Voronoi镶嵌获得的不规则颗粒。然后可以优化这些初始微结构以反映所需的统计特征。该工具的一个关键特性是，它通过可定制的成本函数为用户提供了对优化过程的广泛控制。该软件目前使用Voronoi方法进行镶嵌，并且可以很容易地扩展到包括其他方法，如晶粒生长，相场等。
2021-07-06 cond-mat.mtrl-sci cs.CE
Stochastic 3D microstructure modeling of twinned polycrystals for investigating the mechanical behavior of $γ$-TiAl intermetallics
本文提出含相邻孪晶和内含孪晶的γ-TiAl多晶随机三维微观结构模型，结合傅里叶全场计算揭示孪晶对弹性响应的软化作用远大于形貌差异，并验证了双尺度均匀化估计。
2024-02-28 cond-mat.mtrl-sci
A multi-physics model for the evolution of grain microstructure
本文提出一个热力学一致的多物理场模型，将Cosserat晶体塑性与HMP型取向相场耦合，用于模拟高温下金属晶粒微观结构的演化，解决了晶界迁移与塑性变形同时改变晶格取向的模拟难题。
2024-07-25 cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary-induced martensitic transformations: A phase-field study of nucleation, size-effect, triple junction-effect, microstructures, and compatibility at the nanoscale
基于Ginzburg-Landau型多相相场方法，提出了一种考虑界面结构应力的纳米尺度下多晶材料晶界诱发马氏体相变的数值模拟方法。在该方法中，N个独立的序参量用于描述奥氏体（A）<->马氏体（M）相变和N（>1）个马氏体变体，另外M个独立的序参量用于描述多晶样品中的M（>1）个晶粒。利用GB（s）的可变能量作为与AM变换有关的序参量的函数，考虑了由于MT期间其结构重排而引起的GB能量的变化<->。一个丰富的绘图之间的转变温度的A，预马氏体，和M的双晶体与对称的平面倾斜GB绘制不同的奥氏体GB宽度。在具有对称或非对称平面或圆形倾斜的各种双晶中探索了参数（包括奥氏体GB宽度、由于MT引起的GB能量变化、GB取向差、施加的应变和样品尺寸）对相的非均匀形核以及随后复杂的马氏体微观结构演变的强烈影响。GB在正向和反向转变期间。三重结（TJ）的能量和相邻的GB的能量和宽度也被示出强烈影响的成核和微结构使用具有三个对称的平面倾斜GB的三晶体。研究了微结构在晶界上的相容性。绘制了跨GBs和TJ区域的弹性和结构应力，这对于理解GBs和TJ在材料失效中的作用至关重要。
2022-06-18 cond-mat.mtrl-sci
A Model for Grain Boundary Thermodynamics
系统的微结构设计需要对每个和所有微结构元素进行可靠的热力学描述。虽然这样的描述是很好地建立了大多数体相，热力学评估的晶体缺陷的挑战，因为他们的个性。在本文中，设计了一个模型，用于评估晶界热力学的基础上可用的散装热力学数据。我们提出了一个连续的相对原子密度场和它的空间梯度来描述晶界区域与参考无缺陷，均匀的散装和推导出晶界吉布斯自由能泛函。计算了规则二元固溶体的晶界偏聚等温线和相图，定性地讨论了Pt-Au系统。讨论了晶界原子密度、过剩自由体积和取向差角之间的关系。将当前基于密度的模型与现有的大体积热力学数据库相结合，能够构建数据库、相图和晶界偏析等温线，为研究和设计异质微观结构提供可能性。
2020-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Compatibility of Martensitic Microstructures in Polycrystals
Heriot-Watt University（赫瑞-瓦特大学）；University of Sussex（萨塞克斯大学）
研究多晶体中马氏体微观结构在晶界处的相容性，通过计算机辅助计算等方法，分析不同转变情形下的相容性条件，定义并研究泰勒集，证明其新上界，解释高阶层合板现象并给出相关结果证明。
2026-11-03 cond-mat.mtrl-sci math.AP
Microstructure evolution and thermal stability of equiatomic CoCrFeNi films on (0001)alpha-Al2O3
在（0001）a-Al_2 O_3（c-蓝宝石）衬底上，室温下制备了均匀的面心立方（fcc）CoCrFeNi多晶薄膜。研究了200 ~ 670 nm厚薄膜在973 ~ 1423 K温度范围内的相稳定性和形貌稳定性。fcc相持续存在，而<111>30-100 nm宽的柱状晶粒的原始织构演变成~10或~1000微米宽的晶粒。只有与蓝宝石具有特定取向关系的晶粒生长;如在纯面心立方金属（M）膜的情况下，发现4种取向关系（OR）：OR 1（M（111）[1-10]//α-Al 2 O 3（0001）[1-100]）和OR 2（M（111）[1-10]//α-Al 2 O 3（0001）[11-20]）及其孪生相关变体（OR 1 t和OR 2 t）。低于1000 K，膜的微观结构稳定成10微米宽的OR 1和OR 1 t孪晶膜厚度无关。在1000 K以上，OR 2和OR 2 t晶粒膨胀到超过膜厚度的1000倍以上的尺寸。在退火时，薄膜要么保持其完整性，要么破裂，这取决于晶粒生长和晶界开槽的竞争动力学。三重交界处的晶界，在电影的稳定性的主要演员，进行了跟踪。较薄的膜和较高的温度有利于膜破裂的去湿从孔槽在三重结下到基板。OR 2和OR 2 t晶粒的晶界迁移得足够快，以克服可能引发破裂的空穴的成核。OR 2和OR 2 t晶粒在这种复杂的合金中的生长速度比纯fcc金属在相同的同源退火温度。
2020-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure sensitive fatigue life prediction model for SLM fabricated Hastelloy-X
提出了一种基于CP-FFT的微结构敏感疲劳寿命预测框架，用于研究SLM制备的Hastelloy-X合金。微观结构通过RVE中晶粒的形状、尺寸和取向分布进入模型，RVE由实验EBSD数据产生。该框架已被应用于建立在两个不同的方向与不同的多晶微观结构的试样，并能够准确地预测其疲劳寿命，使用两个实验进行校准。该模型再现了更好的疲劳性能实验发现，在高应力的样品建立在横向方向，确定这种各向异性的晶粒纵横比的起源。
2022-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Understanding the growth of high-aspect-ratio grains in granular L10-FePt thin-film magnetic media
对热辅助磁纪录用$\mathrm{L1_0-FePt-SiO_x}$颗粒薄膜的微结构进行了系统的研究。甚至在$700^\circ \text{C}$下也稳定的FePt-BN成核层用于在高温处理期间控制晶粒尺寸和微结构。该研究发现，具有良好形成的氧化硅（SiOx）晶界的高纵横比FePt晶粒的膜需要在膜生长期间的沉积温度的分级以及氧化硅浓度的分级。已经实现了$\mathrm{L1_0-FePt}$的良好隔离的柱状晶粒，其平均高度大于11 nm，直径小于7 nm。透射电子显微镜（TEM）分析各种非最佳条件下产生的样品的微观结构，以显示膜的微观结构如何取决于每个溅射参数。
2022-03-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
3D Mapping of Intragranular Residual Strain and Microstructure in Recrystallized Iron Using Dark-Field X-ray Microscopy
European Synchrotron Radiation Facility（欧洲同步辐射装置）；Universite Lyon I, INSA Lyon, CNRS, MATEIS UMR5510（里昂第一大学、里昂国立应用科学学院、法国国家科学研究中心、MATEIS联合研究实验室）
本研究利用暗场X射线显微镜首次实现了对再结晶铁中晶内残余应变和微结构的三维映射，揭示了应变分布的不均匀性及位错与第二相粒子的相互作用。
2026-03-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Grain boundary network plasticity: reduced-order modeling of deformation-driven microstructure evolution
本文提出“晶界网络塑性”多尺度模型，用图论描述晶界连通性，基于最小耗散势原理建立演化方程，实现多晶塑性变形的降阶高效模拟。
2024-01-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of grain-boundary diffusion process on the geometry of the grain microstructure of Nd$-$Fe$-$B nanocrystalline magnets
University of Luxembourg（卢森堡大学）；Paul Scherrer Institute（保罗谢勒研究所）；Forschungszentrum Jülich GmbH（于利希研究中心有限公司）；Toyota Motor Corporation（丰田汽车公司）
本研究针对热变形Nd$-$Fe$-$B纳米晶磁体，采用Pr₇₀Cu₃₀共晶合金开展晶界扩散处理，结合中子散射与模型分析发现该工艺会改变晶粒几何形态、平滑晶粒表面并提升磁体矫顽力。
2019-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Triple junction drag effects during topological changes in the evolution of polycrystalline microstructures
实验，理论和原子模拟表明，有限的三重结迁移率的非平衡三重结角在不断发展的多晶系统的结果。这些角度已被预测和验证的情况下，晶界迁移是稳态的。然而，由于改变晶粒尺寸和拓扑事件（例如，晶粒面/边缘转换-“$T_1$“过程，或晶粒消失“$T_2$“或“$T_3$“过程）。我们研究了拓扑事件附近的三重结角的非稳态演化，并表明发生了从平衡和/或稳态角的大偏差。我们分析了三重结角$τ$的特征弛豫时间考虑一对拓扑事件，从稳态迁移。利用数值计算结果和理论分析，我们预测如何三重结角随时间变化，以及如何$τ$随三重结迁移率变化。我们认为，正是在这些情况下，晶界移动迅速（例如，纳米晶体材料中的拓扑过程），有限三结迁移率三结角的经典稳态预测是不适用的，只能定性地应用。
2017-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure and correlated mechanical properties study of Ni-(Fe, Co)-Mn-(Al, In) as-spun ribbons
Ni-Mn基记忆合金作为一种很有前途的弹性热材料，已有大量的文献报道，尤其是大量的体样品研究。初生薄带具有更大的表面积和更有效的传热，很少被研究，因此具有重要意义。在本工作中，我们成功地生产了很长的Ni-Fe-Mn-（Al，In）快淬带，长度约为300毫米。通过扫描电子显微镜/电子背散射衍射（SEM/EBSD）、纳米压痕和三点弯曲实验，研究了这些薄带的微观结构和力学性能。通过SEM/EBSD分析，研究了快淬薄带的显微组织和织构。由于快速凝固过程中的温度梯度，沿薄带厚度方向（TD）存在组织梯度，导致在快淬过程中沿与旋转轮接触的表面形成细小的等轴晶，而在快淬过程中，沿旋转轮接触的表面形成细长晶粒。等轴晶和细长晶均具有较强的{001}纤维织构（<001>//TD）。纳米压痕分析表明，两种不同的显微组织之间的硬度变化不大。Ni-Fe-Mn-Al和Ni-Fe-Mn-In薄带的塑性指数均在金属间化合物范围内。用Al取代In可以使延展性指数略有增加，可达到0.75。在三点弯曲试验中，细小等轴晶的抗拉性能优于细长晶。用Al替代In使最大弯曲应变提高了3倍。Ni-Fe-Mn-Al快淬薄带断裂前的最大应变可达3%。断口形貌分析表明，沿晶断裂是这些快淬薄带的主要损伤机制。
2021-11-26 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
Tailoring the crack-tip microstructure: A novel approach
这项研究展示了一种在局部范围内创新性地修改铁素体显微组织的方法，特别是在易发生故障的区域，如夏比V形缺口（CVN）根部。在将样品在650°C下退火（An）15分钟之前，采用高达6%和12%的拉伸预应变（PS）。铁素体晶粒尺寸急剧增加，并逐渐（沿缺口根部前方的距离）在6- 12%的预应变和退火样品的微观结构改性区域内，分别。发现促进应变诱导晶界迁移（SIBM）的临界应变为0.1，这导致异常粗的铁素体晶粒。
2019-02-23 cond-mat.mtrl-sci
Shear-Coupled Grain Growth Statistics
City University of Hong Kong（香港城市大学）；The University of Hong Kong（香港大学）；Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；TU Dresden（德累斯顿工业大学）
本研究通过连续模型和模拟，揭示了应变耦合对晶粒生长微观结构和动力学的影响，表明内部应力显著改变晶粒生长特征。
2026-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Characterization and modeling of the influence of initial microstructure on recrystallization of zircaloy-4 during hot forming
本文通过实验和数值模拟手段，对热成形条件下的4号镍基合金再结晶过程进行了详细的研究。热机械测试和表征运动，已被必要的这项工作进行了说明。然后，从最简单的到最复杂的，不同的组织演变机制进行了表征。对晶粒长大动力学进行了定量分析，并分析了第二相粒子数对晶粒长大的影响。然后，提供了一个完整的研究动态和后动态再结晶。连续机制的发生被确认和热机械条件后再结晶的影响进行评估。随后，提出了用于模拟晶粒长大、连续再结晶和后动态再结晶的数值框架。在成功地再现了有和没有第二相粒子的晶粒粗化动力学后，该模型被用来描述从初始等轴和完全再结晶的显微组织的连续动态再结晶和后动态再结晶。实验和数值计算结果之间的协议进行了详细评估。最后，模拟后动态再结晶，从两个变形的组织特征的电子背散射衍射技术和沉浸在模拟。这允许讨论和再现初始微观结构的影响。
2022-03-16 cond-mat.mtrl-sci cs.CE
Irradiation-Driven Recrystallization in Fusion-Grade Tungsten: A Mesoscale, Microstructure-Aware Model
University of California Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；University of Miami（迈阿密大学）；Stony Brook University（石溪大学）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
本研究提出了一种介观尺度、微观结构感知模型，用于模拟聚变级钨多晶中塑性变形、辐照损伤和晶粒生长的共同演化，揭示温度和铼偏析对再结晶温度的影响。
2026-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Three-dimensional study of grain scale tensile twinning activity in Mg: A combination of microstructure characterization and mechanical modeling
拉伸孪晶是六方密排结构金属中的主要变形方式，因此全面了解孪晶机制具有重要意义，而二维或小体积三维表征技术还不能完全揭示孪晶机制。利用大面积三维电子背散射衍射（EBSD）技术和晶体塑性模型研究了镁合金的拉伸孪晶行为。结果表明，使用传统的2D EBSD扫描，拉伸孪生活动被低估。当压缩到屈服点时，二维EBSD所检测的孪晶频率低于三维EBSD。研究了Schmid因子（SF）对孪晶的影响。几乎所有高Schmid因子（SF> 0.35）的晶粒都是孪生的。在中等SF（0.35>= SF>= 0.15）晶粒中观察到82%的令人惊讶的高孪生频率，这是出乎意料的，因为认为中等SF晶粒不利于孪生。低SF（SF <0.15）颗粒中的孪晶频率从二维到三维EBSD略有增加，这是由于孪晶体积小。高SF晶粒中的剪切应力保持较高水平且分布均匀，有利于孪晶形核和长大。剪切应力在中间SF晶粒内分布不均匀，孪晶在正剪切应力区域内形核。低SF晶粒中的剪切应力不利于孪晶的形成，孪晶发生在应力积累附近。同一籽粒的孪生活动在不同层次上存在差异。这是由于粮食环境变化引起的应力波动造成的。
2023-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Harnessing metastability for grain size control in multiprincipal element alloys during additive manufacturing
本文以FeMnCoCr多主元合金为对象，提出利用Mn含量调控相稳定性实现增材制造中晶粒细化的新设计范式，并结合多种表征手段揭示了凝固机制。
2024-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Numerical modeling of microstructure evolution in nanocrystalline alloys - grain boundary segregation, solute drag and mechanics
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
本文提出一种三维有限应变相场有限元框架，统一模拟纳米晶合金的晶界偏聚、溶质析出及力学相互作用，为稳定晶粒尺寸提供数值工具，验证了框架适用性并解释相关效应。
2026-08-12 cond-mat.mtrl-sci
VN-GraphGG: von Neumann--Mullins--based graph grain growth simulation
The Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；The Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou)（香港科技大学（广州））；Wuhan University（武汉大学）；HKUST Shenzhen-Hong Kong Collaborative Innovation Research Institute（香港科技大学深圳-香港协同创新研究院）
该研究提出VN-GraphGG方法，将VN定律与图神经网络结合，实现高效晶粒生长模拟，精度高且速度快，可用于研究动力学异质性对晶粒演化的影响。
2026-10-12 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Microstructure and Stress Mapping in 3D at Industrially Relevant Degrees of Plastic Deformation
本文利用X射线三维成像技术对变形至极限抗拉强度的铝多晶进行应力成像，揭示了晶粒内应力变化可达晶粒间变化一半，为结构-性能关系和损伤模型提供了关键数据。
2024-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic microstructure machine learning analysis
我们使用机器学习的方法来确定的重要性，在理想结构的大晶粒Nd $_2$ Fe $_{14}$ B永磁体中引起磁化反转的微观结构特性。嵌入式Stoner-Wohlfarth方法被用作确定局部开关场图的降阶模型，该局部开关场图指导数据驱动的学习过程。预测模型是一个随机森林分类器，我们通过比较完整的微磁模拟的情况下，小颗粒测试结构进行验证。在机器学习微结构分析过程中，发现解释磁化反转的最重要特征是磁体内晶粒的取向差和位置。最低的切换场发生在磁体的顶部和底部边缘附近。虽然从理论上已知的依赖性的本地切换场的晶粒取向，本地矫顽场强的晶粒的位置的影响是不太明显。作为机器学习分析结果的直接结果，我们表明通过Dy扩散的边缘硬化导致更高的矫顽场。
2018-08-11 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.data-an
Three-dimensional non-isothermal phase-field modeling of microstructure evolution during selective laser sintering
预测选择性激光烧结（SLS）过程中的微观结构具有重要意义，它可以用有效的计算设计工具补充当前时间和成本昂贵的试错原理。然而，由于SLS过程中的复杂物理现象，模拟其微观结构演变仍然是一个巨大的挑战。本文采用三维有限元相场法对SLS单次扫描过程进行了模拟，揭示了SLS过程与显微组织的关系。我们使用了一个一致的非等温相场模型，包括各种物理（即部分熔化，孔隙结构的演变，扩散，晶界迁移，耦合传热），和粉末床和激光功率吸收的相互作用。初始粉层由离散元法生成。此外，我们在手稿中提出了一种新的算法模拟最小着色问题，并设法模拟一个系统的200粒颗粒跟踪使用低至8个非保守的序参量。所开发的模型被示出捕捉有趣的现象，这是无法访问的传统的等温模型。具体而言，应用该模型的不锈钢316 L粉末的SLS，我们确定的影响，激光功率和扫描速度的微观结构指标，包括孔隙率，表面形态，温度分布，晶粒几何形状，和致密化。我们进一步验证了孔隙率演化过程中的一阶动力学，并证明了所开发的模型在预测SLS过程中致密化因子与比能量输入的联系中的适用性。
2019-02-20 cond-mat.mtrl-sci
A joint voxel flow-phase field framework for ultra-long microstructure evolution prediction with physical regularization
Global College, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学全球学院）；Xiaomi Company（小米公司）；Global Institute of Future Technology, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学未来技术全球化研究院）
提出联合体素流网络与相场模拟的交替框架，通过周期性相场模拟抑制非物理伪影并延长预测范围，在晶粒生长示例中实现超长预测且精度优于现有方法。
2026-06-24 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
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
Generative reconstruction of 3D volume elements for Ti-6Al-4V basketweave microstructure by optimization of CNN-based microstructural descriptors
本文提出一种基于CNN描述符优化的生成式重建方法，用于增材制造Ti-6Al-4V篮编织组织三维体积单元，捕获关键形态特征并与实验数据定性吻合。
2024-03-14 cond-mat.mtrl-sci
