双相晶体团聚体形成：相场模型研究

双相细胞（也称为双相团聚体）在接近二元稳定谷的三元合金固化过程中常见。在稀释二元合金中形成的固化细胞中，类似的现象发生。当两种固相都排斥在液相中扩散的三元杂质时，宏观平坦的双相固化前沿会出现形态不稳定，从而引发团聚体形成。本文构建了一个含稀释三元杂质的二元双相相场模型，并通过动力学仿真研究了该不稳定性的初始线性阶段以及随后导致界面完全发展成两种相间距远大于层状间距的高度非线性演化过程。我们发现结果与最近的线性稳定性分析[见 M. Plapp 和 A. Karma, Phys. Rev. E 60, 6865 (1999)]整体一致，该分析预测由长程模式引起的前沿不稳定，这些模式可能是稳态或振荡的。在细致比较中，发现通常归因于 Cahn 的假设，即层状生长垂直于固化前沿的包络线，在相场仿真中仅略有违反。在我们发现即使这种违反很小，也对双相前沿的稳定性具有重要的定量影响。我们还研究了完全发展的团聚体的动力学，发现复合双相前沿的大尺度包络在最大模拟时间内并不收敛于稳态，而是表现出细胞消除和尖端分裂等现象。