CALPHAD módszer

CALPHAD módszer, amely a Fázisdiagramok kiszámítását jelenti, az elmúlt néhány évtizedben széles körben alkalmazott módszerré vált a többkomponensű rendszerek fázisdiagramjainak hatékony kiszámításához.

a fázisdiagram egy anyagrendszer állapotának grafikus ábrázolása a hőmérséklet, az összetétel és a nyomás szempontjából. A bináris rendszer legismertebb fázisdiagramja a hőmérséklet-összetétel diagram, és a közös háromfázisú diagramok tartalmazzák az izotermikus szakaszokat, az izopletális szakaszokat és a liquidus vetületet. Mivel a fázisdiagramok jelentik a kiindulópontot az anyagrendszer tulajdonságainak és jelenségeinek megértéséhez, ezeket gyakran tervrajzoknak vagy útiterveknek nevezik az ötvözet tervezéséhez és folyamatfejlesztéséhez. Míg a legtöbb bináris fázisdiagram és néhány szakasz számos hármas rendszerhez megtalálható a kézikönyvben, a modern anyagtervezéshez szükséges többkomponensű fázisdiagramok általában nem állnak rendelkezésre. Ez azért van, mert a többkomponensű fázisdiagramok meghatározása pusztán kísérleti megközelítéssel rendkívül költséges és időigényes.

A Calphad módszer, amely a Fázisdiagramok kiszámítását jelenti, az elmúlt néhány évtizedben széles körben alkalmazott módszerré vált a többkomponensű rendszerek fázisdiagramjainak hatékony kiszámításához . Ennek a megközelítésnek az a lényege, hogy az alacsonyabb rendű rendszerek önkonzisztens termodinamikai leírását kapjuk az ismert termodinamikai és fázisegyensúlyi adatok alapján. Ennek a módszernek az az előnye, hogy a külön mért fázisdiagramok és a termodinamikai tulajdonságok az adott anyagrendszer önkonzisztens termodinamikai adatbázisával ábrázolhatók. Ennél is fontosabb, hogy egy magasabb rendű rendszer termodinamikai adatbázisa extrapolációs módszerrel nyerhető az alacsonyabb rendű rendszerekből . Ez a termodinamikai adatbázis lehetővé teszi számunkra, hogy kiszámítsuk a fázisdiagramokat és a többkomponensű rendszer termodinamikai tulajdonságait, amelyek kísérletileg nem állnak rendelkezésre. Jelenleg a CALPHAD megközelítés az egyetlen módszer, amely felhasználható többkomponensű fázisdiagramok előállítására, elegendő pontossággal a gyakorlati alkalmazásokhoz, kimerítő kísérleti munka nélkül .

A CALPHAD megközelítés sikere attól függ, hogy rendelkezésre állnak-e mind a szoftver, mind a fázisalapú tulajdonság-adatbázisok, amelyeket ezzel a módszerrel fejlesztettek ki. A szoftvercsomagok és a többkomponensű termodinamikai adatbázisok az 1990-es évek óta kereskedelmi forgalomban kaphatók. az ezen a területen legszélesebb körben használt szoftvercsomagok jellemzői A CALPHAD journal 33 .kötetének 2009-ben megjelent különszámában találhatók. Ezek a szoftvercsomagok, amikor megfelelő anyagtulajdonság-adatbázisokkal integrálódnak, felhasználhatók a 10 plusz komponensű fémrendszerekkel kapcsolatos kérdések megválaszolására. Ezek az eredmények biztosítják az evolúciós és forradalmi anyagfejlesztés alapvető alapjait, és sikeresen alkalmazták az Anyagtervezési programokban .

bár a CALPHAD módszer eredetileg a többkomponensű rendszerek termodinamikájának és fázisegyensúlyának megértésére szolgáló módszerként jelent meg, a módszert sikeresen alkalmazták a többkomponensű rendszerek diffúziós mobilitására , és a mobilitási adatbázisokat hasonló módon fejlesztették ki, mint a termodinamikai adatbázisokat . A közelmúltban a CALPHAD-módszert kiterjesztették más fázistulajdonságokra is, például moláris térfogatokra, rugalmas állandókra és hővezető képességre . Ezért a CALPHAD megközelítést az elmúlt években az anyagtudomány és a mérnöki tudomány szélesebb területén alkalmazták a fázisdiagramokon túl, mint például a megszilárdulás, a bevonat, a csatlakozás és a fázisátalakítás. Nem kétséges, hogy a CALPHAD fontos szerepet játszott az ICME-ben, hogy jelentősen csökkentse az új anyagok kifejlesztéséhez és telepítéséhez szükséges időt és költségeket.

L. Kaufman, H. Bernstein, Fázisdiagramok számítógépes kiszámítása, Szerk., Academic Press, 1970

N. Saunders, A. P. Miodownik, Calphad Fázisdiagramok kiszámítása: átfogó útmutató, Pergamon, 1998

H. L. Lukas, S. G. Fries, B. Sundman, számítási termodinamika: a CALPHAD módszer, Cambridge University Press, 2007

U. R. Kattner, a CALPHAD módszer és szerepe az anyag-és folyamatfejlesztésben, tecnol fém mater min., 13(1), 3-15 (2016)

Z.-K. Liu, számítási termodinamikai eszközök, Calphad, 33(2), 265-440 (2009)G. B. Olson, genomikai anyagok tervezése: A vas határ, Acta Materialia, 61(3), 771-781 (2013)

Nemzeti Kutatási Tanács, integrált számítástechnikai Anyagmérnöki: transzformációs fegyelem a versenyképesség és a nemzetbiztonság javítása érdekében, the National Academies Press, 2008