成核过冷度对相变动力学的影响
材料科学
2023-02-10 v1
摘要
我们对一级相变动力学的 Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov (JMAK) 理论与关于成核的基准问题的相场 (PF) 结果进行了广泛的比较。为解决该问题的随机性，我们进行了数百次模拟，以建立 PF 与 JMAK 相变动力学之间一致性与差异性的全面、统计显著的分析。我们发现，只要适当复现 JMAK 理论的原始假设——特别是无限域中的恒定成核与生长速率——PF 预测与经典成核理论和 JMAK 理论均高度吻合。当偏离这些假设时，PF 结果与 JMAK 理论不符。具体而言，我们观察到初始粒子半径 相对于临界成核半径 的大小对相变速率有显著影响。当 足够大于 时，PF 与 JMAK 一致；而在粒子达到稳定生长速度之前的初始瞬态生长阶段持续时间随 而增加。这一孕育时间对整体动力学有显著影响，例如对多粒子模拟的 Avrami 指数。相比之下，在所考虑的条件与参数下，界面曲率对相变动力学的影响——特别是粒子碰撞期间出现的负曲率区域，存在于 PF 中但 JMAK 理论中缺失——相对于 的影响显得次要。我们认为，随机过程（例如成核）相场模型的严格基准测试需要充分的统计数据，以便与基础理论进行严格比较。在这类问题中，概率分布分析显然优于确定性方法。
引用
@article{arxiv.2210.16866,
title = {On the Effect of Nucleation Undercooling on Phase Transformation Kinetics},
author = {José Mancias and Vahid Attari and Raymundo Arróyave and Damien Tourret},
journal= {arXiv preprint arXiv:2210.16866},
year = {2023}
}