CALPHAD method
CALPHAD method, som står för beräkning av fasdiagram, har blivit en allmänt använd metod för att effektivt beräkna fasdiagram av flerkomponentsystem under de senaste decennierna.
ett fasdiagram är en grafisk representation av tillståndet för ett materialsystem i termer av temperatur, sammansättning och tryck. Det mest kända fasdiagrammet för ett binärt system är temperaturkompositionsdiagrammet, och vanliga ternära fasdiagram inkluderar isotermiska sektioner, isopletala sektioner och liquidus-projektion. Eftersom fasdiagram är utgångspunkten för att förstå egenskaperna och fenomenen hos ett materialsystem, kallas de ofta som ritningar eller vägkartor för legeringsdesign och processutveckling. Medan de flesta binära fasdiagram och vissa sektioner för ett antal ternära system finns i handboken, är flerkomponentfasdiagram som behövs av modern materialdesign vanligtvis inte tillgängliga. Detta beror på att bestämning av flerkomponentfasdiagram enbart genom experimentellt tillvägagångssätt är extremt dyrt och tidskrävande.
CALPHAD-metoden, som står för beräkning av fasdiagram, har blivit en allmänt använd metod för att effektivt beräkna fasdiagram för flerkomponentsystem under de senaste decennierna . Kärnan i detta tillvägagångssätt är att erhålla självkonsistenta termodynamiska beskrivningar av lägre ordningssystem i termer av kända termodynamiska och fasjämviktsdata. Fördelen med denna metod är att de separat uppmätta fasdiagrammen och termodynamiska egenskaperna kan representeras av en självkonsistent termodynamisk databas för det aktuella materialsystemet. Ännu viktigare är att en termodynamisk databas för ett högre ordningssystem kan erhållas från de lägre ordningssystemen via en extrapoleringsmetod . Denna termodynamiska databas gör det möjligt för oss att beräkna fasdiagram och termodynamiska egenskaper hos ett flerkomponentsystem som är experimentellt otillgängliga. För närvarande är CALPHAD-metoden den enda metoden som kan användas för att erhålla flerkomponentfasdiagram med tillräcklig noggrannhet för praktiska tillämpningar utan behov av uttömmande experimentellt arbete .
framgången för CALPHAD-metoden beror på tillgängligheten av både mjukvaru-och fasbasdatabaser som utvecklats med denna metod. Mjukvarupaket och termodynamiska databaser med flera komponenter har blivit kommersiellt tillgängliga sedan 1990-talet. funktionerna i de mest använda mjukvarupaketen inom detta område finns i specialutgåvan av CALPHAD journal, Volym 33, publicerad 2009 . Dessa mjukvarupaket, när de integreras med lämpliga materialfastighetsdatabaser, kan användas för att svara på frågor som involverar metalliska system med 10-plus-komponenter. Sådana resultat ger den grundläggande grunden för evolutionär och revolutionerande materialutveckling och har framgångsrikt tillämpats på materialdesignprogram .
även om CALPHAD-metoden ursprungligen framkom som en metod för att förstå termodynamik och fasjämvikt för multikomponentsystem, har metoden framgångsrikt tillämpats på diffusionsmobiliteter i multikomponentsystem , och mobilitetsdatabaser har utvecklats på ett liknande sätt som för en termodynamisk databas . Nyligen har CALPHAD-metoden utvidgats till andra fasegenskaper, såsom molvolymer, elastiska konstanter och värmeledningsförmåga . Därför har CALPHAD-metoden under de senaste åren tillämpats på ett bredare fält av materialvetenskap och teknik utöver fasdiagram, såsom stelning, beläggning, sammanfogning och fasomvandling. Det råder ingen tvekan om att CALPHAD har spelat en viktig roll i ICME för att avsevärt minska tiden och kostnaden för att utveckla och distribuera nya material.
L. Kaufman, H. Bernstein, datorberäkning av fasdiagram, Red., Academic Press, 1970
N. Saunders, A. P. Miodownik, CALPHAD beräkning av fasdiagram: en omfattande Guide, Pergamon, 1998
H. L. Lukas, S. G. Fries, B. Sundman, Beräkningstermodynamik: CALPHAD-metoden, Cambridge University Press, 2007
U. R. Kattner, CALPHAD-metoden och dess roll i material-och processutveckling, Tecnol Metall mater min., 13(1), 3-15 (2016)
Z.-K. Liu, verktyg för Beräkningstermodynamik, Calphad, 33(2), 265-440 (2009)
G. B. Olson, genomisk materialdesign: Den järnhaltiga gränsen, Acta Materialia, 61(3), 771-781 (2013)
National Research Council, Integrated Computational Materials Engineering: en Transformationsdisciplin för förbättrad konkurrenskraft och nationell säkerhet, National Academies Press, 2008
