气孔与晶界相互作用的相场模拟

孙正阳^1,2，王昱天³，柳文波^1,2

1. 西安交通大学核科学与技术学院2. 西安交通大学陕西省先进核能工程研究中心陕西省先进核能技术重点实验室3. 西安交通大学机械工程学院

摘 要：对现有的气孔与晶界相互作用的相场模型进行改进,提出了新形式的自由能密度函数,并采用了张量形式的扩散系数。分析了相场模型中唯象参数的选择依据,并讨论了模型中界面能和界面宽度等物理参数的影响因素。气孔和晶界相互作用的相场模拟结果表明:晶界的曲率是晶界移动的动力,而气孔是晶界移动的阻力;当气孔施加的最大阻力大于等于晶界移动的动力时,气孔会随晶界一起运动;而当气孔施加的最大阻力小于晶界移动的动力时,气孔与晶界分离。若气孔与晶界未发生分离,体系的演化将由晶界主导转变为气孔主导,演化速率显著下降。含气孔UO₂多晶体系的晶粒生长的相场模拟结果表明:气孔率越大,晶粒生长速率越慢;UO₂平均晶粒直径与时间成幂函数关系,幂指数随气孔率的增大而增大。

关键词：相场模拟;气孔;晶界;晶粒生长;扩散;