晶体相场模型的研究进展.pdf

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1、·116·材料导报A：综述篇2012年5月(上)第26卷第5期晶体相场模型的研究进展陈成，陈铮，杨涛，张静(两北_r业大学凝固技术周家重点实验室，西安710072)摘要晶体相场方法是一种能在原子尺度和扩散时间尺度模拟材料微观结构演化的新方法，它能够自洽地耦合弹塑性形变和多重晶粒位向，并能用于模拟与此相关的很多物理现象。从晶体相场模型与经典密度泛函理论之间的关系出发，详细论述了晶体相场模型的一些新进展，包括八阶拟合晶体相场模型、双模数晶体相场模型和幅值方程模型等。还描述了晶体相场方法在异质外延、多晶凝固和位错迁移等方面的应用，并展

2、望了其未来的应用前景。关键词晶体相场模型密度泛函理论模拟微观结构中图分类号：TG113文献标识码：ARecentDevelopmentsandFutureDirectionsofPhaseFieldCrystalModelCHENCheng，CHENZheng，YANGTao，ZHANGJing(StateKeyLaboratoryofSolidificationProcessing，NorthwesternPloytechnicalUniversity，Xi’an710072)AbstractThephase-field—cr

3、ysta1(PFC)methodiSanovelapproachtosimulatetheevolutionofcrystallinemi—crostructureonatomisticlengthanddiffusivetimescales．Itnaturallyincorporateselasticandplasticdeformationsandmultiplecrystalorientations，andcanbeappliedtomanydifferentphysicalphenomenainwhichelastici

4、ty，plasticity，andmultiplecrystalorientationsplayarole．TheconnectionbetweenthePFCmode1andclassica1densityfunctiona1theory(CDFT)wasclarified，andnewadvancesofthePFCmodelincludingEighth-order-fittingPFCmodel，two-modePFCmodelandamplitudeequationmodelwerepresented．Theappli

5、cationsofPFCmethodonheteroepitaxy，polycrystal1inesolidificationanddislocationmigrationwerealsodescribed．Moreover，thecurrentsituationandre—searchtendencyofPFCmethodwereprospected．Keywordsphasefieldcrystalmodel，classicaldensityfunctionaltheory，simulate，microstructure提出

6、了晶体相场模型l3]。0引言晶体相场模型相比于传统方法有以下特点：首先，晶体朗道理论是固体物理的重要成果。相场方法以Gins—相场模型能够在原子尺度和扩散时间尺度上模拟材料的微burgiandau方程为基础，也称为Ginzburg-Iandau相场方观结构演化过程，它所对应的特征时间尺度介于连续相场方法。基于序参量表征微结构变化的原理，相场方法针对不同法和分子动力学之间的范畴，从而弥补了分子动力学方法和的物理现象，利用位置、时间相关的一个或多个场变量表征连续相场模型间的空白。其次，晶体相场模型能够自恰地耦结构演化，包容多种构型。

7、例如，采用浓度场表征相分离过合由晶体点阵周期性结构引起的多重晶粒位向和弹塑性形程；采用长程序参数场表征有序无序转变；采用位向场表征变等现象]，因而在研究晶体缺陷的运动上具有很大优势。晶粒生长和粗化过程；采用滑移场表征位错反应；采用浓度第三，晶体相场模型与经典密度泛函理论有着密切的联场和有序度场2个场变量表征有序相析出；采用浓度场、有系口]，由此可以发展出不同类型的晶体相场模型，如Jaati—序度场和结构场3个场变量表征四方、六方到斜方的结构转nen等]提出的八阶拟合晶体相场模型(Eighth-order-fit—变。相场方法模拟

8、微结构演化有原理优势，已成功用于研究ting)、wu等提出的双模数(Two-mode)晶体相场模型等。凝固、沉淀相变，共晶和共析转变，有序化，铁电转变，铁磁转Elder等嘲在Goldenfeld等ll叩研究的基础上将重整化群理论变，失稳分解，晶粒长大，薄膜中的相