The role of grain-environment heterogeneity in normal grain growth: a stochastic approach
晶粒的尺寸分布是多晶固体的基本特征。在没有变形的情况下，晶粒尺寸分布由正常晶粒生长控制。由Hillert发展的正常晶粒生长的规范模型预测了与观察到的分布存在系统性差异的晶粒尺寸分布。为了解决这个问题，我们提出了一个改变的Hillert模型，占在当地环境的异质性的影响粮食。在我们的模型中，每一粒谷物的进化都是对邻近谷物的局部环境的响应，而不是对全球谷物种群的响应。每个晶粒的局部环境根据Ornstein-Uhlenbeck随机过程演化。我们的结果是一致的公认的晶粒生长动力学。至关重要的是，我们的模型表明，相对较大的颗粒的大小演变为随机行走，由于其局部环境的固有变异性。这导致了更广泛的粒度分布比Hillert模型，并表明，异质性的微观结构的演变有着至关重要的影响。
2021-02-02 cond-mat.mtrl-sci
Development of a Model for Irradiation-Assisted Grain Growth for Nanocrystalline UO2
Idaho National Laboratory（爱达荷国家实验室）；University of Florida（佛罗里达大学）
本研究开发了用于纳米氧化铀中辐照辅助晶粒生长的模型，发现热尖峰是晶粒生长的主要原因，且当晶粒尺寸小于35nm时该效应显著。
2025-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Revealing curvature and stochastic effects on grain growth kinetics: A thermodynamic perspective from the extremal principle
在正常晶粒长大的理论发展中，“漂移”（曲率效应）和“扩散”（随机效应）的作用多年来一直是一个悬而未决的问题。通过将微观结构熵和晶粒拓扑相互作用的贡献与热力学极值原理（TEP）相耦合，扩展了现有的晶粒生长热力学框架。它不仅从热力学角度解释了曲率和随机效应，而且为晶粒生长提供了一个新的平均场模型。通过热力学修正，该模型能够高精度地再现已有的超大相场模拟结果。
2021-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Grain Growth with Size-Dependent or Statistically Distributed Mobility
传统的晶粒生长受到晶界迁移率的限制。为了描述其他晶粒结的流动性所限制的类似现象，我们已经开发了一个通用的理论，允许大小依赖的流动性和统计方差。我们得到了稳态尺寸分布和生长指数的解析解，定义为（晶粒尺寸）n ~时间，下降到n=1，这是当三晶粒线的流动性是限速的。当四晶粒结的迁移率是速率限制，指数增长和分叉的大小分布的结果。这些解决方案表明了一个总的趋势：随着n的增加，尺寸分布变窄。然而，最近在实验上观察到了相反的趋势，只有在迁移率分布至少是双峰的情况下，才能在模拟中再现，其中一种模式是不动的或几乎不动的。后者可以在低于迁移率转变温度的缓慢晶粒生长中实现。
2017-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Grain growth beyond the Mullins model, capturing the complex physics behind universal grain size distributions
金属薄膜上的晶粒生长实验表明，晶粒结构的几何和拓扑特征是普遍的，并且与许多实验条件无关。然而，普遍的尺寸分布，被发现从标准的马林斯曲率驱动的模型的晶粒生长的定性和定量的不同，与实验表现出过量的小晶粒（称为“耳朵”）和过量的非常大的晶粒（称为“尾巴”）与模型相比。虽然已经提出了过多的扩展的马林斯模型来解释这些特征，没有一个是成功的。在这项工作中，大规模的模拟模型，解决原子尺度上的扩散时间尺度，相场晶体模型，被用来研究晶粒生长的复杂现象。计算结果与实验结果吻合较好，恢复了实验粒度分布的“耳”和“尾”特征。模拟结果还表明，虽然几何和拓扑特征是普遍的，但动态增长指数不是。
2013-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Monte Carlo simulation of abnormal grain growth in two dimensions
利用二维蒙特卡罗模拟研究了第二相颗粒存在时的异常晶粒生长。等轴晶粒的集合体被认为是恒定的晶界能和流动性。唯一的驱动力占源于晶界曲率。异常晶粒生长的过程中的两个控制参数的函数，钉扎的基体晶粒的颗粒和异常晶粒的初始尺寸优势的初始程度进行了研究。在这样的条件下，获得适度的增长，其具体功能进行了讨论，相对于现有的模型。它表明，它是可能的，以获得剧烈的晶粒生长，通过引入热激活的脱钉晶界颗粒。为此，提出了一种简化但有效的方法，并讨论了毛细力对颗粒脱钉的局部能垒高度的影响。
2000-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Grain-Growth Stagnation from Vacancy-Diffusion-Limited Disconnection Climb
Institute of Scientific Computing, TU Dresden（德累斯顿工业大学科学计算研究所）；Dresden Center for Computational Materials Science, TU Dresden（德累斯顿大学计算材料科学中心）
本研究通过相场晶体框架揭示空位扩散限制的断开爬行是晶粒生长停滞的根本机制，并展示了其与晶粒尺寸的关系。
2026-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Particle pinning during grain growth -- A new analytical model for predicting the mean limiting grain size but also grain size heterogeneity in a 2D polycrystalline context
本文提出一种新解析模型，预测二维多晶中粒子钉扎导致的极限晶粒尺寸及异质性，量化晶界截获粒子数，确定最大化异质性的条件，并与全场模拟和相场计算验证，结果吻合良好。
2024-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Rotation-limited growth of three dimensional body-centered cubic crystals
根据经典的晶粒生长定律，晶粒生长是由表面能的最小化驱动的，并且将继续直到单个晶粒占优势。这些定律没有考虑到晶格的各向异性和晶粒之间质量的微观重排的细节。在这里，我们考虑粗化的体心立方多晶材料在三维使用相场晶体模型。我们观察到作为淬火深度的函数，在晶粒旋转停止和生长停滞的状态与晶粒通过相邻晶粒的晶格的旋转和对齐通过聚结而迅速粗化的状态之间的交叉。我们发现，晶粒的单位体积变化的晶粒旋转遵循幂律的指数为$-1.25$。标度指数与基于位错守恒的理论考虑是一致的。
2015-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Grain Selection Growth of Soft Metal in Electrochemical Processes
本研究提出热力学理论和相场模型揭示软金属晶粒选择生长机制，并开发非晶LixSi1-x晶种层提升无负极Li固态电池的临界电流密度。
2024-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Grain Orientation and Local Strains on Void Growth and Coalescence in Titanium
韧性断裂在具有弱力学各向异性的金属如铜和铝中得到了广泛的研究。更各向异性的金属，特别是那些具有六方晶体结构的金属（例如钛）的断裂仍然远未被理解。本文研究了工业纯钛（CP-Ti）的韧性断裂过程，着重研究了晶粒取向和局部应变状态对孔洞生长的影响。一种实验方法被开发出来，以直接关系到一个空洞的生长在三个维度，其底层的晶粒取向。晶粒取向得到了电子背散射衍射含空隙的CP-Ti片之前，他们的扩散连接。空隙尺寸的变化进行了测量，在现场应变的X射线断层扫描系统。嵌入的晶粒取向和它的邻居的空洞的生长速率和合并的强烈影响已被实验量化。有限元晶体塑性模拟，同时考虑到晶粒取向和局部应变状态被发现预测的实验空隙增长。基底滑移占主导地位的晶粒显示出最大的空隙生长速率，因为它们更接近于有利于空隙生长和聚结的平面应变条件。
2019-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Grain Growth Kinetics in (Cr,Mo,Ta,V,W)C1-δ High-Entropy Carbide Ceramics
Missouri University of Science and Technology（密苏里科技大学）；Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Duke University（杜克大学）；University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）
研究了火花等离子烧结过程中晶界移动对高熵碳化物微观结构控制的影响，通过实验确定了晶粒生长动力学与致密化行为的关系，揭示了温度对晶粒粗化和扩散动力学的影响。
2026-09-02 cond-mat.mtrl-sci
An In Situ Study of the Role of Pressure on Fe Recrystallization and Grain Growth during Thermomechanical Processing
本研究通过原位高能X射线衍射和主成分分析，量化了压力对铁再结晶和晶粒生长速率的影响，发现压力增加显著减缓微观结构演化。
2023-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Giant Secondary Grain Growth in Cu Films on Sapphire
在绝缘衬底上的单晶金属膜对于微电子和其他应用是有吸引力的，但是它们难以在宏观长度尺度上实现。获得这种膜的常规方法是在高温下使用在高真空条件下的缓慢沉积进行外延生长。在这里，我们描述了一种不同的方法：溅射沉积在适当的温度下，然后退火，以诱导二次晶粒生长。结果表明，在α-Al_2 O_3（0001）上沉积的多晶Cu可以转变为具有厘米级晶粒的Cu（111）。采用光学显微镜，X射线衍射，和电子背散射衍射表征退火前后的薄膜，我们发现一个特定的沉积晶粒结构，促进退火后的巨晶粒的生长。为了证明这种薄膜的一个潜在的应用，我们生长石墨烯退火铜晶片上的化学气相沉积，并获得外延石墨烯晶粒直径为0.2毫米。
2013-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Predicting final stage sintering grain growth affected by porosity
晶粒生长对透明烧结材料的质量有决定性的影响，如弹道学，生物材料，珠宝等领域。在烧结的最后阶段的精确时刻控制烧结轨迹是获得高性能，全致密纳米陶瓷的主要烧结挑战之一。然而，烧结的最后阶段涉及孔隙消除/晶粒生长的速率和过渡机制之间的非常复杂的耦合。这种复杂性使得预测烧结轨迹非常困难，大多数透明材料的生产都通过使用昂贵的高压方法（如热等静压（HIP））来避免这个问题。在寻求一种无压透明材料的过程中，本文解决的挑战，预测晶粒生长的过渡域中的晶粒生长开始（在一个高孔隙率区域），以充分的密度为MgAl 2 O 4尖晶石。我们提出了一个全面的建模方法，连接理论模型，如赵& Harmer的和Olevsky的方程，以准确地预测复杂的晶粒生长过渡区的最终阶段烧结。这种建模方法开辟了可能性的微观结构的发展，通过基本的动力学实验识别的数值探索。
2020-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation loops growth and radiation growth in neutron irradiated Zr-Nb alloys: rate theory modelling
提出了一个研究辐照Zr基合金位错环生长的通用模型。它考虑到温度的影响，效率的环路吸收点缺陷依赖于环路的大小，局部的晶界下沉强度的影响，和合金元素的浓度。该模型用于描述反应堆条件下中子辐照下锆铌合金环半径增长的动力学。在不同的晶粒尺寸，从晶界的位置，和铌的浓度的环半径和应变的增长进行了研究。结果表明，局部晶界下沉的结果在晶粒内部的晶体的不均匀变形。此外，铌作为合金元素的引入减小了环半径，但促进了晶粒内局部应变的增长。
2020-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Abnormal grain growth of rutile TiO2 induced by ZrSiO4
在硅酸锆存在下，通过热处理金红石型TiO 2形成的金红石型TiO 2中观察到异常晶粒生长（AGG）。这种形态学行为被认为是发生在烧结粉末压块和薄膜与固态锆掺杂剂和二氧化钛涂层颗粒上的锆英砂。为了阐明AGG在该体系中的作用机制，采用了各种掺杂方法，并研究了这些掺杂方法的形态后果。结果发现，由Zr和Si掺杂不会引起异常晶粒生长。观察到的现象进行了讨论的形态和能量的考虑。这是可能的，金红石型TiO 2和ZrSiO 4和可能的晶界液体的形成之间的一个独特的取向关系发挥作用，在引起的快速增长的多面棱柱形金红石。
2013-03-12 cond-mat.mtrl-sci
An alternate approach for estimating grain-growth kinetics
本文提出通过计数并追踪三叉与四叉结点数量变化来估算晶粒长大速率，借助回归目标检测算法减少复杂晶界图像处理，并在多相多晶组织中验证其与传统方法一致。
2024-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Phase field as a front propagation method for modeling grain growth in additive manufacturing
Ruhr University Bochum（波鸿鲁尔大学）；Katholieke Universiteit Leuven（荷语天主教鲁汶大学）
本文提出了一种基于相场前传播方法的介观模型，用于模拟加成制造中晶粒生长过程，通过热传导模型和包层传播机制研究材料和工艺参数对微观结构的影响。
2026-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Master sintering curve with dissimilar grain growth trajectories: A case study on MgAl2O4
烧结是制备高性能陶瓷的关键步骤。密度和晶粒尺寸对陶瓷烧结动力学和最终材料性能起着至关重要的作用。主烧结曲线（MSC）是用于探索烧结模型动力学的众所周知的工具。然而，传统的MSC理论假设一个独特的烧结轨迹，而我们的研究MgAl2O4尖晶石显示不同的生长响应。Park的MSC理论已被应用，并与传统的MSC方法相比，获得激活能与不相似的晶粒生长轨迹。
2020-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Level-Set modeling of grain growth in 316L stainless steel under different assumptions regarding grain boundary properties
比较了两种有限元水平集（FE-LS）方法对316L不锈钢晶粒长大过程的模拟效果。被认为是两种微观结构，一些是从EBSD地图统计产生的，其他的是由EBSD数据在FE配方浸泡产生的。晶界（GB）的流动性被非均匀地定义为GB取向差的函数。另一方面，GB能量被认为是异质的或各向异性的，分别被定义为一个函数的取向差和GB的取向差和GB的倾斜度。在平均粒度值和粒度分布（GSD）方面，两种制剂提供了相似的响应。然而，各向异性配方更好地尊重实验的取向差分布函数（DDF）和预测更现实的晶粒形态。研究还发现，用S形函数描述的异质GB迁移率只影响DDF和晶粒的形貌。因此，孪生边界（TB）的较慢演化被感知。
2022-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Comparison of grain growth mean-field models regarding predicted grain size distributions
本文比较了晶粒生长平均场模型，重点研究邻域拓扑结构对晶粒尺寸分布预测的影响，结果表明拓扑模型在单峰情况下改善有限，整体收益相对实现复杂度较小。
2023-09-19 cond-mat.mtrl-sci
Simulations of grain growth in tungsten armor materials under ARC plasma edge operation conditions using an integrated plasma-edge/materials model
本文构建耦合等离子体边缘条件与二维顶点动力学的集成模型，量化氘暴露多晶钨在 ARC 工况下的晶粒长大行为，揭示近等离子体区快速转变而深处稳定的温度依赖规律。
2025-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Fabrication of Dense Ultrafine-Grained MoW, MoWNb, and MoWNbTa Alloys: Influence of Cobalt Doping on Sintering and Grain Growth
University of California San Diego（加州大学圣迭戈分校）
通过高能球磨和等离子体烧结制备超细晶MoW等合金，研究发现钴掺杂能显著提高烧结密度并抑制晶粒生长。
2026-01-01 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic grain-size gradients upon grain growth near a free surface
Jiangxi University of Science and Technology（江西理工大学）；Erich-Schmid-Institute of Materials Science, Austrian Academy of Sciences（奥地利科学院材料科学埃里希·施密德研究所）；TU Dresden（德累斯顿工业大学）
研究揭示了自由表面附近晶粒生长的内在晶粒尺寸梯度，通过分析不同厚度样品的微观结构演变，发现晶粒尺寸随深度逐渐增加，这与弹性松弛和剪切耦合的晶界迁移有关。
2026-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Statistics of grain growth: experiment versus the Phase-Field-Crystal and Mullins models
我们提出了一个详细的比较多的统计晶粒度量先前报道的实验薄膜样品的铝与2D模拟从相场晶体（PFC）模型和Mullins晶界运动模型。对于所有这些结果，观察到的动力学和初始条件的“普遍性”。这种比较表明，PFC再现几何指标，如面积和周长，但不准确地捕捉晶粒形状和拓扑结构。同样，Mullins模型很好地捕捉了边数分布，但没有其他指标。我们对这些测量结果的集体比较强调了使用多个指标来比较多晶材料中所有现有和未来的晶粒生长模型的实验的至关重要性。
2019-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Grain growth phenomenon during pressure-induced phase transformations at room temperature
针对室温高压相变中异常晶粒长大，提出Zr的α→ω相变界面与晶界协同运动的多步骤机制，并经原位同步辐射Laue衍射验证。
2024-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Atomistically informed phase field study of austenite grain growth
本研究通过原子信息驱动的相场模拟，结合密度泛函理论，探讨了五种合金元素对奥氏体晶粒生长的影响，发现溶质拖曳各向异性作用次要，并确立了各元素阻碍晶粒生长的有效性顺序为Nb>Ti>Mo>V≈Mn。
2025-03-05 cond-mat.mtrl-sci
High-fidelity level-set modeling of polycrystalline grain growth
Mines Paris, PSL University（巴黎矿业学院，PSL大学）；Centre for material forming (CEMEF), UMR CNRS（材料成形中心（CEMEF），CNRS联合研究单位）
本文提出了一种基于Mullins平均曲率流理论的高保真水平集框架，用于多晶中毛细驱动的晶粒生长建模，实现了高精度的晶界演化模拟。
2026-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Li-diffusion accelerates grain growth in intercalation electrodes: a phase-field study
晶界迁移是由边界的曲率和外部载荷如温度和应力驱动的。在嵌入电极中，额外的驱动力来自Li扩散。也就是说，Li嵌入引起主体电极的体积膨胀，其作为弹性能量存储在系统中。这种储存的能量被假设为晶界和刃位错的额外驱动力。在这里，我们应用二维Cahn-Hilliard $-$相场晶体（CH-PFC）模型来研究在电化学循环过程中，高流动性锂离子和主电极晶格结构之间的耦合相互作用。我们使用多晶FePO $_{4}$ / LiFePO $_{4}$电极颗粒作为模型系统。我们在两个平行的研究中计算FePO $_{4}$电极中的晶粒生长：在第一个研究中，我们电化学循环电极并计算Li扩散辅助的晶粒生长。在第二项研究中，我们不循环电极并计算曲率驱动的晶粒生长。外部负荷，如温度和应力，在研究中没有差异。我们发现，在电化学循环的电极颗粒的平均粒径增加了$\sim11\%$。相比之下，在没有电化学循环的情况下，我们发现电极颗粒的平均粒径增加了$\sim2\%$。这些CH-PFC计算表明，锂嵌入加速了主电极颗粒中的晶界迁移。的CH-PFC模拟提供了原子的见解扩散引起的晶界迁移，刃位错运动和三结拖曳效应的主机电极微观结构。
2018-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Improved understanding of the growth of blocky alpha in welded Zircaloy-4
本文通过非原位与原位 EBSD 加热实验揭示焊接 Zircaloy-4 中块状 α 晶粒沿先前 β 晶界生长的机制，并实现由焊态组织预测晶粒尺寸与形貌。
2024-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Cr Segregation on Grain Growth in Nanocrystalline α-Fe Alloy: A Multiscale Modelling Approach
本文耦合DFT与PFM建立多尺度模型，研究Cr偏析下纳米晶α-Fe合金的晶粒长大动力学，并用Cahn溶质拖曳理论解释温度相关的非线性行为。
2024-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Kinetics of heterogeneous nucleation and growth: An approach based on a grain explicit model
提出了一种在晶界上引发的相变模型，并通过数值模拟进行了测试：这种基于晶粒显式模型（GEM）的方法可以考虑颗粒结构，对大范围的成核过程进行准确的预测。与经典模型的均匀（JMAK）以及异质（卡恩）成核。提出了一种基于材料性质的过渡尺度，允许区分随机和站点饱和制度。最后，我们讨论了Avrami型指数和过渡区之间的关系，从实验中提取它的条件。
2013-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Triggering the Continuous Growth of Graphene toward Millimeter Size Grain
在这篇报告中，我们展示了一种简单而有效的策略，通过调节化学气相沉积过程中反应物的供应来合成毫米级石墨烯单晶颗粒。聚苯乙烯用作碳源。通过对碳源进行脉冲加热来降低石墨烯在铜箔上的成核密度，同时通过逐渐提高碳源温度和氢气流量来驱动石墨烯颗粒的连续生长。结果表明，石墨烯的成核密度可控制在100个/cm ~ 2左右，单晶尺寸可达1.2 mm左右，拉曼光谱、透射电镜和电输运测试表明，石墨烯的质量较高。这里提出的策略提供了非常好的可控性，并使大型石墨烯单晶成为可能，这对实际应用至关重要。
2012-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Vapor Phase Growth and Grain Boundary Structure of Molybdenum Disulfide Atomic Layers
具有直接带隙的单层二硫化钼是一种很有前途的二维材料，它超越了石墨烯，可用于下一代纳米电子学。在这里，我们报告的二硫化钼原子层的控制气相合成，并阐明其结晶单层的成核，生长和晶界形成的基本机制。此外，一个成核控制策略，建立系统地促进形成大面积的单层和少层膜。研究了多晶二硫化钼原子层中晶粒及其边界的原子结构和形貌，并应用第一性原理计算研究了其能量分布。的原子层的电气性能进行检查和晶界的作用进行评估。这些材料的厚度均匀性、大晶粒尺寸和优异的电气性能意味着二硫化钼原子层的高质量和可扩展的合成。
2013-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Grain growth competition and formation of grain boundaries during solidification of hcp alloys
本研究通过相场建模揭示hcp合金定向凝固中晶粒竞争机制与立方晶体相似，温度梯度影响晶界取向选择，实验验证定性一致，为理解六方材料凝固行为提供新见解。
2024-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Role of temperature oscillation in growth of large-grain CdZnTe single crystal by traveling heater method
本文提出在移动加热器法生长 CdZnTe 时引入高于结晶温度的可控温度振荡，以抑制二次形核并促进单晶粒择优生长，成功制备出探测器级大晶粒晶体。
2025-07-23 cond-mat.mtrl-sci
On the grain growth behavior of Ni-W alloys in the extremely fine-grained regime
本文研究了773K下含8-15 at% W的纳米晶Ni-W合金在10 nm以下极细晶粒尺度的长大行为，通过抛物线动力学和归一化尺寸分布自相似性证明其发生正常晶粒长大。
2024-10-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Multiscale Modeling of Abnormal Grain Growth: Role of Solute Segregation and Grain Boundary Character
Indian Institute of Technology, Kanpur（坎普尔印度理工学院）
本研究通过多尺度模型探讨了晶界偏聚与晶界特征对异常晶粒生长的影响，揭示了晶界化学和晶体学在调控AGG中的关键作用。
2025-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Coarse-grained approach to amorphous and anisotropic materials in Kinetic Monte Carlo thin-films growth simulations: a case study of TiO2 and ZnO by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition
非晶TiO 2和各向异性多晶ZnO薄膜的生长研究通过粗粒度的三维动力学蒙特卡罗模拟条件下，通常遇到的等离子体增强化学气相沉积实验。开发的方法考虑了表面扩散的粗颗粒，计算上的飞行和依赖于中尺度局部形态/结构景观的活化能的波动。这种方法的基础--已知它可以很好地模拟使用简单得多的立方网格的非晶材料的生长--在这项工作中已经扩展到不仅再现非晶TiO 2的形态特征和缩放特性，而且再现具有良好近似的多晶ZnO的生长，包括薄膜织构的演变和织构晶粒在生长过程中的竞争及其对实验条件的依赖性。模拟结果与X射线衍射、织构系数分析、原子力显微镜和扫描电子显微镜的实验数据进行了比较
2021-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Grain growth competition during melt pool solidification -- Comparing phase-field and cellular automaton models
已经提出了一个广泛的计算模型来预测凝固过程中的微观组织的发展，但他们很少被相互比较的定量和系统的基础上。在本文中，我们比较相场（PF）和元胞自动机（CA）模拟的多晶生长在一个二维的熔池条件下的增材制造（粉末床融合）。我们比较使用本地（逐点）测量，以及平均晶粒取向分布在几个模拟得到的晶粒结构。我们探讨了CA空间离散化水平和熔池纵横比对所选晶粒织构的影响。我们的模拟表明，详细的微观特征相关的瞬态生长条件和固液界面稳定性（例如，初始平面生长阶段之前，其细胞/树枝状不稳定，或早期消除不利的取向晶粒由于相邻的晶粒侧支）只能被捕获PF模拟。由此产生的PF和CA预测之间的分歧只能部分解决的CA网格的细化。然而，在整个熔池的几个模拟平均的整体晶粒分布似乎导致PF和CA之间的一个显着更好的协议，与熔池形状和CA网格的一些变化。虽然还需要进一步的研究，特别是要确定适当的选择CA空间离散化和其链接到特征微观结构的长度尺度，本研究提供了一个有用的一步，在这个方向上，通过比较这两种方法定量在过程相关的长度和时间尺度。
2022-10-30 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
Templated Grain Growth in Macroporous Materials
我们展示了一种简便的方法来生产晶体织构，大孔材料，使用改性冰模板和模板晶粒生长（TGG）的组合。这一过程在氧化铝和无铅压电材料钛酸钾钠上得到了证实。该方法提供了具有由晶体学上对准的晶粒构成的对准的层状陶瓷壁的大孔材料。每种方法都表明，陶瓷壁在整个样品尺寸上呈现长程序，并且由于TGG过程而具有晶体学纹理。我们还提出了一个修改的March-Dollase方程，以更好地表征材料的整体纹理与纹理，但略有错位的墙壁。在两个不同的长度尺度上的受控晶体学和形态学取向可以成为多功能材料的基础。
2015-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Why Grain Growth is Not Curvature Flow
本文通过大规模模拟证明，晶粒生长偏离经典曲率流描述，主要源于晶界运动固有的剪切耦合效应，并展示了纳入力学效应对准确预测微观结构演化的必要性。
2025-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Statistics of grain microstructure evolution under anisotropic grain boundary energies and mobilities using threshold-dynamics
本文利用阈值动力学方法高效模拟二维多晶系综，研究各向异性晶界能量与迁移率对晶粒长大统计行为的影响，揭示异常晶粒长大中的取向偏好及织构与孪晶界的演化规律，为晶界工程提供策略。
2023-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Rotation induced grain growth and stagnation in phase field crystal models
我们考虑了多晶微结构中的晶粒生长和停滞。从相场晶体模型的粗化动力学，我们确定了从一个过渡的晶粒生长停滞后，深淬火低于熔化温度$T_m$的连续粗化在浅淬火附近$T_m$。晶粒演化是由局部晶粒旋转介导的。在深度淬火制度中，晶粒组装通常达到亚稳态，其中用于跨边界再结晶的动力学势垒太大，并且晶粒旋转与随后的聚结是不可行的。对于淬火附近的$T_m$，我们发现，晶粒生长取决于晶粒旋转的平均速率，并遵循幂律行为与时间的标度指数，取决于淬火深度。
2013-05-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Predicting Grain Growth Evolution Under Complex Thermal Profiles with Deep Learning through Thermal Descriptor Modulation
Mines Paris, PSL University（巴黎矿业学院，PSL大学）；Centre for material forming (CEMEF), UMR CNRS（材料成形中心（CEMEF），CNRS联合研究单位）
本文提出通过热描述符调制扩展深度学习框架，以预测复杂时间变化热 profile 下的晶粒生长，实验显示模型在结构相似性指数和晶粒尺寸误差方面表现优异。
2026-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Probing the dynamics of quasicrystal growth using synchrotron live imaging
准晶生长的动力学是凝聚态物质中一个尚未解决的问题。通过同步辐射实时成像，刻面生长进行的切向运动的凸台在固-液界面上清楚地证明了所有沿凝固的二十面体AlPdMn准晶。界面动力学的影响是显着的，使新的小面晶粒的形核和自由生长发生在熔体中的凝固速率增加时。详细解释了这些晶粒的演化，揭示了铝排斥在毒化晶粒生长和驱动流体流动中的关键作用。
2005-07-06 cond-mat.mtrl-sci
Amorphous intergranular films mitigate radiation damage in nanocrystalline Cu-Zr
纳米晶金属是有前途的耐辐射材料，由于其大的界面体积分数，但辐照诱导的晶粒生长最终会降低任何改善的耐辐射性。因此，需要限制晶粒生长并同时提高纳米晶金属的耐辐射性的方法。非晶晶界膜是独特的晶界结构，由于其增加的厚度和非晶结构，预计其具有改善的吸收效率，同时还改善了晶粒尺寸稳定性。在这项研究中，球磨纳米晶Cu-Zr合金进行热处理，要么只有有序的晶界或包含非晶晶界膜分布在晶界网络，然后进行原位透射电子显微镜照射和非原位照射。缺陷密度和晶粒生长的差异，由于晶界复合类型进行了研究。当非晶间膜结合在材料内时，观察到更少和更小的缺陷簇，同时晶粒生长也受到限制，从而导致具有改善的辐射耐受性的纳米晶合金。
2019-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Suppression of Grain Boundaries in Graphene Growth on Superstructured Mn-Cu(111) Surface
作为不期望的缺陷，晶界（GB）在使用现有的在金属衬底上的生长方法的外延石墨烯中广泛存在。采用密度泛函理论计算，我们首先确定了在Cu（111）表面上成核的碳岛的取向错误导致形成GB的岛屿合并。然后，我们提出了一个两步动力学途径，以有效地抑制GB的形成。在第一步中，将大的芳烃分子沉积到$\sqrt{3}\times\sqrt{3}$超结构化的Cu-Mn合金表面上，以接种单一取向的初始碳簇;在第二步中，通过甲烷的正常化学气相沉积来扩大接种的岛，以形成完整的石墨烯片。本方法有望克服大规模单晶石墨烯制造中的一个长期障碍。
2011-12-10 cond-mat.mtrl-sci
A defect-chemistry-informed phase-field model of grain growth in oxide ceramics: application to Fe-doped SrTiO3
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Max Planck Institute for Solid State Research（马克斯·普朗克固体研究所）；University of Stuttgart（斯图加特大学）
本文提出一种缺陷化学信息相场模型，模拟氧化物陶瓷晶粒生长，考虑点缺陷偏析能与位点密度及缺陷扩散与晶界移动的竞争动力学，揭示了溶质拖曳导致偏斜晶粒尺寸分布及晶界电势随晶粒尺寸变化的非均匀分布规律。
2025-09-28 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
Diffusion of hydrogen within idealised grains of bcc-Fe: A kinetic Monte Carlo study
材料中的结构缺陷（例如空位、晶界和位错）可捕获氢，并且氢在这些缺陷处的局部积累可导致材料性质的劣化。在原子水平上深入了解氢致脆化的一个重要方面是了解氢在这些材料中的扩散。在我们的研究中，我们采用动力学蒙特卡罗（kMC）模拟研究氢在不同的微观结构的体心立方铁中的扩散。kMC模型的所有输入数据，如可用的网站，解决方案的能量，和扩散障碍获得从第一性原理计算。我们发现，氢主要扩散的界面区域内的整体扩散率低于纯体心立方铁散装。扩散系数的浓度依赖性是强非线性的，并且扩散系数甚至可以随着氢浓度的增加而减小。为了描述的宏观扩散系数，我们推导出一个解析表达式作为氢浓度和温度的函数，这是非常符合我们的数值计算结果的理想化的微观结构。
2012-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Linear bubble model of abnormal grain growth
本文采用线性气泡模型来研究孤立晶粒生长到比周围基体平均尺寸大得多的尺寸（反常生长）的条件。我们首先考虑两种不同类型的气泡的情况下，连接不同的气泡的渗透性大于像气泡（一个简单的模型的晶界各向异性）。通过平均场分析和直接数值解，均发现了稳定的反常增长。接下来我们研究晶界钉扎的作用（例如，由于杂质或沉淀相），通过引入线性气泡模型，该模型包括气泡生长驱动力的下限和上限阈值。假设链路渗透率对于高于上限阈值的驱动力是有限的，对于低于下限阈值的驱动力是零的，并且在两者之间是滞后的。在这种情况下也观察到异常生长。
2001-10-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
