CALPHAD methode

CALPHAD methode, die staat voor berekening van Fasediagrammen, is uitgegroeid tot een veel gebruikte methode voor het effectief berekenen van fasediagrammen van meercomponenten systemen in de afgelopen decennia.

een fasediagram is een grafische weergave van de toestand van een materiaalsysteem in termen van temperatuur, samenstelling en druk. Het meest bekende fasediagram van een binair systeem is het temperatuur-samenstelling diagram, en gemeenschappelijke ternaire fasediagrammen omvatten isothermische secties, isoplethal secties, en liquidus projectie. Aangezien fasediagrammen het uitgangspunt zijn om de eigenschappen en verschijnselen van een materiaalsysteem te begrijpen, worden ze vaak aangeduid als blauwdrukken of routekaarten voor legering ontwerp en procesontwikkeling. Hoewel de meeste binaire fasediagrammen en sommige secties voor een aantal ternaire systemen in het handboek kunnen worden gevonden, zijn multi-component fasediagrammen die nodig zijn voor modern materiaalontwerp meestal niet beschikbaar. Dit komt omdat de bepaling van multi-component fase diagrammen zuiver door experimentele benadering extreem duur en tijdrovend is.

de CALPHAD-methode, die staat voor berekening van Fasediagrammen, is in de afgelopen decennia een veelgebruikte methode geworden voor het effectief berekenen van fasediagrammen van meercomponentensystemen . De essentie van deze aanpak is het verkrijgen van zelfconsistente thermodynamische beschrijvingen van de lagere-orde systemen in termen van bekende thermodynamische en fase-evenwicht gegevens. Het voordeel van deze methode is dat de afzonderlijk gemeten fasediagrammen en thermodynamische eigenschappen kunnen worden weergegeven door een zelfconsistente thermodynamische database van het materiaalsysteem in kwestie. Belangrijker nog, een thermodynamische database voor een hoger-orde systeem kan worden verkregen uit die van de lagere orde systemen via een extrapolatie methode . Deze thermodynamische database stelt ons in staat fasediagrammen en thermodynamische eigenschappen van een multi-component systeem te berekenen die experimenteel niet beschikbaar zijn. Momenteel is de CALPHAD aanpak de enige methode die kan worden gebruikt om multi-component fase diagrammen te verkrijgen met voldoende nauwkeurigheid voor praktische toepassingen zonder de noodzaak van uitputtend experimenteel werk .

het succes van de CALPHAD-benadering hangt af van de beschikbaarheid van zowel software-als fasebase-eigenschapsdatabases die met deze methode zijn ontwikkeld. Softwarepakketten en thermodynamische databases met meerdere componenten zijn sinds de jaren negentig in de handel kenmerken van de meest gebruikte softwarepakketten op dit gebied zijn te vinden in het speciale nummer van CALPHAD journal, volume 33, gepubliceerd in 2009. Deze softwarepakketten kunnen, wanneer ze worden geïntegreerd met geschikte materiaaleigenschapsdatabases, worden gebruikt om vragen te beantwoorden met metalen systemen met meer dan 10 componenten. Dergelijke resultaten bieden de fundamentele onderbouwing van evolutionaire en revolutionaire materialen ontwikkeling en zijn met succes toegepast op materialen ontwerpprogramma ‘ s .

hoewel de CALPHAD-methode aanvankelijk werd ontwikkeld als een methode om de thermodynamica en fase-evenwichten van multicomponentsystemen te begrijpen, is de methode met succes toegepast op diffusiemobiliteit in multicomponentsystemen en zijn mobiliteitsdatabases ontwikkeld op dezelfde manier als die van een thermodynamische database . Onlangs is de KALFSMETHODE uitgebreid naar andere fase-eigenschappen, zoals Molaire volumes, elastische constanten en thermische geleidbaarheid . Daarom is de CALPHAD aanpak in de afgelopen jaren toegepast op een breder gebied van materiaalkunde en engineering dan fasediagrammen, zoals stolling, coating, verbinden, en fase transformatie. Het lijdt geen twijfel dat CALPHAD een belangrijke rol heeft gespeeld in ICME om de tijd en kosten voor het ontwikkelen en implementeren van nieuwe materialen aanzienlijk te verminderen.

L. Kaufman, H. Bernstein, Computer Calculation of Phase Diagrams, ed., 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 Metal Mater Min., 13(1), 3-15 (2016)

Z.-K. Liu, Tools for Computational Thermodynamics, Calphad, 33(2), 265-440 (2009)

G. B. Olson, Genomic materials design: De Ferro grens, 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