Investigation to establish modelling and predictive methods for microstructure formation during freeze casting

研究建立冷冻铸造过程中微观结构形成的建模和预测方法

基本信息

项目摘要

Based on phase-field modelling of ice-water freezing, we aim to simulate the multiscale microstructure evolution of nanoscale ceramic particles and microscale ice lamellay by formulating appropriate great chemical potentials to describe the processes as binary solidification system. The challenge of multiscale modelling will be solved by employing a homogenization approach where thermodynamic energies are constructed to model the particle concentration. In large-scale 3D simulation, we intend to investigate the mechanisms of microstructure formation during freeze casting and to establish correlations between processing/material conditions (solidification velocity, particle sizes, particle distributions, solid phase fraction) and the morphology transitions from planar front, lamellae and isotropic structures. The simulation results are to be compared and validated by available experiments from the first funding period. The simulation studies allow to derive processing-microstructure correlation functions and to predict morphology types within a broad range of experimentally, hardly accessible parameter space.
基于冰水冻结的相场建模,我们的目标是通过制定适当的大化学势来描述二元凝固系统的过程,从而模拟纳米级陶瓷颗粒和微米级冰片层的多尺度微观结构演化。多尺度建模的挑战将通过采用均质化方法来解决,其中构建热力学能量来模拟颗粒浓度。在大规模 3D 模拟中,我们打算研究冷冻铸造过程中微观结构形成的机制,并建立加工/材料条件(凝固速度、颗粒尺寸、颗粒分布、固相分数)与平面前沿的形态转变之间的相关性,片层和各向同性结构。模拟结果将通过第一个资助期的可用实验进行比较和验证。模拟研究可以导出加工微观结构相关函数,并在广泛的实验上难以访问的参数空间内预测形态类型。

项目成果

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