Comsol 锂枝晶模型与雪花枝晶 Karma 的焊接融池
引言：
在冶金领域中，对于锂枝晶及其它金属生长的研究一直是一个重要的课题。锂枝晶是一种具有分形结
构的晶体，通过模拟其生长过程，可以对其形貌变化、晶界性质和生长机制进行深入分析。本文将介
绍一种基于 Comsol 的锂枝晶模型，以及通过该模型进行的雪花枝晶 Karma 的焊接融池凝固枝晶生
长的研究。
一、Comsol 锂枝晶模型
Comsol 是一种强大的多物理场仿真软件，结合其相场、浓度场和电场三种物理场模块，可以实现锂
枝晶的定向生长、随机生长和无序生长的模拟。其中，定向生长包括单枝晶定向生长和多枝晶定向生
长，而随机生长则包括多枝晶随机生长和无序生长随机形核。通过在模型中加入相场、浓度场和电场
等物理场，可以准确模拟锂枝晶的生长过程，并对其形貌、晶界性质及生长机制进行研究。
1.1 相场、浓度场和电场的耦合
在锂枝晶模型中，相场、浓度场和电场是密切相关的。相场模拟了晶体的生长过程，浓度场表示了晶
体中各种元素或化合物的浓度分布情况，而电场则决定了晶体生长过程中的电势分布。通过耦合这三
个物理场，可以准确模拟锂枝晶的形貌变化和生长过程。
1.2 流场对枝晶形貌的影响
在锂枝晶的生长过程中，流场是一个重要的影响因素。通过在浓度场生长过程中添加流场，可以改变
锂枝晶的形貌。例如，在流场的作用下，锂枝晶的形貌可能发生变化，出现苔藓状或针状的晶体形态
。因此，在模拟锂枝晶的生长过程时，需要考虑流场对形貌的影响。
二、雪花枝晶 Karma 的焊接融池的凝固枝晶生长
雪花枝晶是一种经典的凝固模型，在锂枝晶的研究中也得到了广泛的应用。通过使用 Comsol 锂枝晶
模型，可以模拟雪花枝晶在焊接融池中的凝固过程，并研究相场、浓度场和电场对枝晶生长的影响。
2.1 相场锂枝晶-隔膜厚度和表面涂层对枝晶生长
在雪花凝固经典模型中，相场被用来模拟晶体的生长过程。通过调节相场中的隔膜厚度和表面涂层等
参数，可以控制锂枝晶的生长。例如，隔膜厚度的增加会抑制枝晶的生长，而表面涂层的不同性质可
能会影响枝晶的形貌。
2.2 晶界与晶粒的特性
晶粒与晶界在锂枝晶的生长过程中具有不同的击穿场强。由于晶界的阻挡作用，晶界对击穿强度的增
加起到了重要的作用。此外，在电场作用下，晶界的介电常数可能会发生降低现象，从而影响晶粒的
生长和形貌。因此，在模拟锂枝晶的生长过程时，需要考虑晶界特性对生长的影响。
