CALPHAD metode
CALPHAD metode, som står for beregning af fasediagrammer, er blevet en udbredt metode til effektivt at beregne fasediagrammer af multi-komponent systemer i de seneste et par årtier.
et fasediagram er en grafisk repræsentation af tilstanden af et materialesystem med hensyn til temperatur, sammensætning og tryk. Det mest kendte fasediagram for et binært system er temperatur-kompositionsdiagrammet, og almindelige ternære fasediagrammer inkluderer isotermiske sektioner, isoplethal sektioner og væskeprojektion. Da fasediagrammer er udgangspunktet for at forstå egenskaberne og fænomenerne i et materialesystem, kaldes de ofte tegninger eller vejkort til legeringsdesign og procesudvikling. Mens de fleste binære fasediagrammer og nogle sektioner for et antal ternære systemer findes i håndbogen, er flerkomponentfasediagrammer, der kræves af moderne materialedesign, normalt ikke tilgængelige. Dette skyldes, at bestemmelse af flerkomponentfasediagrammer udelukkende ved eksperimentel tilgang er ekstremt dyr og tidskrævende.
CALPHAD-metoden, der står for beregning af fasediagrammer, er blevet en meget anvendt metode til effektiv beregning af fasediagrammer for multikomponentsystemer i de sidste par årtier . Essensen af denne tilgang er at opnå selvkonsistente termodynamiske beskrivelser af de lavere ordenssystemer med hensyn til kendte termodynamiske og fase ligevægtsdata. Fordelen ved denne metode er, at de separat målte fasediagrammer og termodynamiske egenskaber kan repræsenteres ved en selvkonsistent termodynamisk database over det pågældende materialesystem. Endnu vigtigere er, at en termodynamisk database til et højere ordenssystem kan fås fra dem fra de lavere ordenssystemer via en ekstrapoleringsmetode . Denne termodynamiske database gør det muligt for os at beregne fasediagrammer og termodynamiske egenskaber for et multikomponentsystem, der eksperimentelt ikke er tilgængeligt. I øjeblikket er CALPHAD-tilgangen den eneste metode, der kan bruges til at opnå flerkomponentfasediagrammer med tilstrækkelig nøjagtighed til praktiske anvendelser uden behov for udtømmende eksperimentelt arbejde .
succesen med CALPHAD-tilgangen afhænger af tilgængeligheden af både program-og fasebasedatabaser udviklet ved denne metode. Programpakker og multi-komponent termodynamiske databaser er blevet kommercielt tilgængelige siden 1990 ‘ erne. funktionerne i de mest anvendte programpakker på dette område findes i specialudgaven af CALPHAD journal, bind 33, udgivet i 2009 . Disse programpakker kan, når de integreres med egnede materialedatabaser, bruges til at besvare spørgsmål, der involverer metalliske systemer med 10 plus komponenter. Sådanne resultater giver den grundlæggende understøttelse af evolutionær og revolutionerende materialeudvikling og er med succes blevet anvendt på materialedesignprogrammer .
selvom CALPHAD-metoden oprindeligt blev fremkommet som en metode til forståelse af termodynamik og faseligevægte for multikomponentsystemer, er metoden med succes anvendt på diffusionsmobiliteter i multikomponentsystemer , og mobilitetsdatabaser er udviklet på en lignende måde som en termodynamisk database . For nylig er CALPHAD-metoden blevet udvidet til andre faseegenskaber, såsom molære volumener, elastiske konstanter og termisk ledningsevne . Derfor er CALPHAD-tilgangen i de senere år blevet anvendt på et bredere felt inden for materialevidenskab og teknik ud over fasediagrammer, såsom størkning, belægning, sammenføjning og fasetransformation. Der er ingen tvivl om, at CALPHAD har spillet en vigtig rolle i ICME for at reducere tiden og omkostningerne betydeligt til at udvikle og implementere nye materialer.
L. Kaufman, H. Bernstein, Computer beregning af fasediagrammer, Red., Akademisk presse, 1970
N. Saunders, A. P. Miodovnik, CALPHAD beregning af fasediagrammer: en omfattende Guide, Pergamon, 1998
H. L. Lukas, S. G. Fries, B. Sundman, Computational termodynamik: CALPHAD-metoden, Cambridge University Press, 2007
U. R. Kattner, CALPHAD-metoden og dens rolle i materiale-og procesudvikling, Tecnol Metal mater min., 13(1), 3-15 (2016)
S.-K. Liu, værktøjer til beregning af termodynamik, Calphad, 33(2), 265-440 (2009)
G. B. Olson, genomisk materialedesign: Den jernholdige grænse, Acta Materialia, 61(3), 771-781 (2013)
National Research Council, Integrated Computational Materials Engineering: en Transformationsdisciplin for forbedret konkurrenceevne og National sikkerhed, National Academies Press, 2008
