耦合扩散与晶粒运动的相场-微观力学模型：关于烧结的热力学一致性
材料科学
2024-12-06 v1 数学物理
math.MP
摘要
烧结是处理陶瓷和金属粉末制成实体工件的关键技术。对烧结过程中晶体结构演化的深入理解对于制造具有定制化性能的产品至关重要。虽然已提出多种相场模型来模拟固态烧结中的晶体结构演化，但正确地纳入关键致密机制，特别是晶粒运动，仍然是一个挑战。根本性障碍在于对晶粒运动的微观力学进行任意处理，其中热力学驱动力无法从系统自由能中推导。本文提出一种新的烧结相场-微观力学模型（PFMMS），以解决这一挑战。我们定义了统一的能量规律，通过变分原理推导烧结中晶体结构演化的控制方程。我们的ethods确保热力学一致性，晶粒运动的驱动力来自系统自由能。因此，所提出的 PFMMS 保证晶体结构演化遵循降低系统能量的方向，并消除非致密现象。我们严格地将 PFMMS 与最近的理论和数值分析基准进行了验证。结果发现，PFMMS 捕捉沿及晶界之外的内应力分布，表现出与系统尺寸无关的收缩应变，并维持热力学平衡状态。这些特征是物理一致烧结模型的基本要求。
引用
@article{arxiv.2407.17897,
title = {A general thermodynamically consistent phase-field-micromechanics model of sintering with coupled diffusion and grain motion},
author = {Qingcheng Yang and Arkadz Kirshtein},
journal= {arXiv preprint arXiv:2407.17897},
year = {2024}
}