CALPHAD method
CALPHAD method, joka tarkoittaa Faasidiagrammien laskemista, on tullut laajalti käytetty menetelmä monikomponenttijärjestelmien faasidiagrammien tehokkaaseen laskemiseen viime vuosikymmeninä.
faasidiagrammi on graafinen esitys materiaalijärjestelmän tilasta lämpötilan, koostumuksen ja paineen suhteen. Binäärijärjestelmän tutuin faasidiagrammi on lämpötilakoostumuskaavio, ja yleisiä ternaarisia faasidiagrammeja ovat isotermiset sektiot, isopletaaliosiot ja liquidus-projektio. Koska faasikaaviot ovat lähtökohta materiaalijärjestelmän ominaisuuksien ja ilmiöiden ymmärtämiselle, niitä kutsutaan usein pohjapiirustuksiksi tai tiekartoiksi metalliseosten suunnittelussa ja prosessinkehityksessä. Käsikirjasta löytyvät useimmat binääriset faasikaaviot ja jotkin osiot useille kolmiosaisille järjestelmille, mutta nykyaikaisen materiaalisuunnittelun vaatimia monikomponenttisia faasikaavioita ei yleensä ole saatavilla. Tämä johtuu siitä, että monikomponenttifaasikaavioiden määrittäminen puhtaasti kokeellisella lähestymistavalla on erittäin kallista ja aikaa vievää.
Kalphad-menetelmästä, joka tarkoittaa Faasidiagrammien laskemista, on tullut viime vuosikymmeninä laajalti käytetty menetelmä monikomponenttijärjestelmien faasidiagrammien tehokkaaseen laskemiseen . Tämän lähestymistavan ydin on saada itsestään johdonmukaisia termodynaamisia kuvauksia alemman kertaluvun systeemeistä tunnettujen termodynaamisten ja faasitasapainotietojen avulla. Menetelmän etuna on se, että erikseen mitatut faasikaaviot ja termodynaamiset ominaisuudet voidaan esittää kyseisen materiaalijärjestelmän itsestään johdonmukaisella termodynaamisella tietokannalla. Vielä tärkeämpää on, että alemman kertaluvun systeemien termodynaaminen tietokanta saadaan ekstrapolointimenetelmällä . Tämän termodynaamisen tietokannan avulla voidaan laskea monikomponenttijärjestelmän faasidiagrammeja ja termodynaamisia ominaisuuksia, joita ei ole kokeellisesti saatavilla. Tällä hetkellä CALPHAD-lähestymistapa on ainoa menetelmä, jolla voidaan saada monikomponenttisia faasikaavioita riittävän tarkasti käytännön sovelluksiin ilman tyhjentävää kokeellista työtä .
CALPHAD-lähestymistavan onnistuminen riippuu sekä tällä menetelmällä kehitettyjen ohjelmistojen että vaihekantatietokantojen saatavuudesta. Ohjelmistopaketit ja monikomponenttiset termodynaamiset tietokannat ovat tulleet kaupallisesti saataville 1990-luvulta lähtien. alan käytetyimpien ohjelmistopakettien ominaisuudet löytyvät vuonna 2009 ilmestyneestä CALPHAD Journalin erikoisnumerosta numero 33 . Näitä ohjelmistopaketteja, kun ne integroidaan sopivien materiaalien ominaisuustietokantoihin, voidaan käyttää vastaamaan kysymyksiin, jotka koskevat metallisia järjestelmiä, joissa on 10 plus-komponentteja. Tällaiset tulokset tarjoavat evolutiivisen ja vallankumouksellisen materiaalikehityksen perustan, ja niitä on sovellettu menestyksekkäästi materiaalien suunnitteluohjelmiin .
vaikka CALPHAD-menetelmä syntyi alun perin termodynamiikan ja monikomponenttijärjestelmien vaihetasapainon ymmärtämisen menetelmäksi, menetelmää on onnistuneesti sovellettu diffuusiomobiliteetteihin monikomponenttijärjestelmissä , ja liikkuvuustietokantoja on kehitetty termodynaamisen tietokannan tapaan . Viime aikoina KALFADI-menetelmää on laajennettu muihin faasiominaisuuksiin, kuten moolimääriin, elastisiin vakioihin ja lämmönjohtavuuteen . Siksi CALPHAD-lähestymistapaa on viime vuosina sovellettu laajemmalle materiaalitieteen ja-tekniikan alalle kuin faasidiagrammeihin, kuten kiinteytymiseen, pinnoitukseen, liittymiseen ja faasimuutokseen. CALPHADILLA on epäilemättä ollut tärkeä rooli ICME: ssä, sillä se on lyhentänyt merkittävästi aikaa ja kustannuksia kehittää ja ottaa käyttöön uusia materiaaleja.
L. Kaufman, H. Bernstein, Computer Calculation of Phase Diagrams, toim., Academic Press, 1970
N. Saunders, A. P. Miodownik, CALPHAD Calculation of Phase Diagrams: a Comprehensive Guide, Pergamon, 1998
H. L. Lukas, S. G. Fries, B. Sundman, Computational Thermodynamics: the CALPHAD Method, Cambridge University Press, 2007
U. R. Kattner, the CALPHAD method and its role in material and process development, Tecnol metalli mater min., 13(1), 3-15 (2016)
Z.-K. Liu, tools for Computational Thermodynamics, Calphad, 33(2), 265-440 (2009)
G. B. Olson, Genomimateriaalien suunnittelu: Ferrous frontier, Acta Materialia, 61(3), 771-781 (2013)
National Research Council, Integrated Computational Materials Engineering: a Transformational Discipline for Improved Competitiveness and National Security, The National Academies Press, 2008
