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硅凝固过程中晶粒演化的介观尺度模拟

DOI：10.1016/j.commatsci.2018.12.015 期刊：Computational Materials Science 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 15:23:52
摘要： 我们提出了一个用于介观尺度下计算硅定向凝固过程中晶粒演化的元胞自动机模型。首先，该方法应用于具有不同熔体/晶体界面形状的测试案例。其次，我们计算了具有界面形状演化原位观测的实验案例（Tandjaoui等人，2012年），其中还包含了孪晶效应。通过我们的计算可以重现两种孪晶交替出现的现象。所使用的概率对应于在0.6K过冷度下解析推导得出的数值（Lin和Lan，2017年）。该过冷度是具有小平面的沟槽的典型值（Miller和Popescu，2017年）。
作者： Xiaofang Qi，Lijun Liu，Thècle Riberi-Béridot，Nathalie Mangelinck-No?l，Wolfram Miller
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

开发并应用一种介观尺度的元胞自动机模型，用于模拟硅定向凝固过程中的晶粒演化（包括界面形貌和孪晶效应），并与实验观测结果进行对比。

研究成果

所开发的二维元胞自动机模型有效模拟了硅凝固过程中的晶粒演化，证明了界面形状对晶粒结构的重要影响。与实验数据的对比显示，该模型在晶粒形貌和取向方面具有良好的一致性，验证了其可靠性。未来的工作应着眼于拓展至三维模型、纳入更详细的输入数据，并对更大体系进行统计分析，以提高预测能力。

研究不足

该模型仅限于二维模拟，可能无法完全捕捉实际凝固过程中的三维效应。其依赖微观计算或实验的输入数据，这可能引入不确定性。孪晶形核的概率特性意味着无法保证与实验结果的精确复现。更大体系的计算效率及更复杂晶界相互作用的纳入是待优化的方向。

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