WikiDer > КАЛЬФАД

CALPHAD

КАЛЬФАД означает РАСЧЕТ ФАЗ-диаграмм, методология, представленная в 1970 году Ларри Кауфманом.[1][2][3] Равновесие фазовая диаграмма обычно представляет собой диаграмму с осями для температуры и сочинение химической системы. Он показывает области, в которых вещества или растворы (то есть фазы) стабильны, и области, где два или более из них сосуществуют. Фазовые диаграммы являются очень мощным инструментом для прогнозирования состояния системы в различных условиях и изначально были графическим методом для рационализации экспериментальной информации о состояниях равновесия. В сложных системах вычислительные методы, такие как CALPHAD, используются для моделирования термодинамических свойств каждой фазы и моделирования поведения многокомпонентных фаз.[4][5][6] Подход CALPHAD основан на том, что фазовая диаграмма является проявлением равновесия термодинамические свойства системы, которые являются суммой свойств отдельных фаз.[7] Таким образом, можно рассчитать фазовую диаграмму, сначала оценив термодинамические свойства всех фаз в системе.

Методология

С помощью метода CALPHAD собирают всю экспериментальную информацию о фазовых равновесиях в системе и всю термодинамическую информацию, полученную в результате термохимических и теплофизических исследований.[2] Затем термодинамические свойства каждой фазы описываются математической моделью, содержащей регулируемые параметры. Параметры оцениваются путем оптимизации соответствия модели всей информации, включая сосуществующие фазы. Затем можно пересчитать фазовую диаграмму, а также термодинамические свойства всех фаз. Философия метода CALPHAD состоит в том, чтобы получить последовательное описание фазовой диаграммы и термодинамических свойств, чтобы надежно предсказать набор стабильных фаз и их термодинамические свойства в областях без экспериментальной информации и для метастабильный состояний во время моделирования фазовые превращения.

Термодинамическое моделирование фазы

Есть два решающих фактора успеха метода CALPHAD. Первый фактор - найти реалистичные, а также удобные математические модели для Энергия Гиббса для каждой фазы. Энергия Гиббса используется потому, что большинство экспериментальных данных были определены при известных температуре и давлении, и любые другие термодинамические величины могут быть рассчитаны на их основе. Невозможно получить точное описание поведения энергии Гиббса многокомпонентной системы с помощью аналитических выражений. Таким образом, необходимо определить основные характеристики и основать на них математические модели. Несоответствие между моделью и реальностью, наконец, представлено расширением степенного ряда по температуре, давлению и составу фазы. Настраиваемые параметры этих описаний моделей уточняются для воспроизведения экспериментальных данных. Сильной стороной метода CALPHAD является то, что описания составляющих подсистем могут быть объединены для описания многокомпонентной системы.

Расчет равновесия

Вторым решающим фактором является наличие компьютерного программного обеспечения для расчета равновесий и различного рода диаграмм и баз данных с сохраненной оценочной информацией. Поскольку в настоящее время существует множество различных типов моделей, используемых для различных типов фаз, существует несколько доступных термодинамических баз данных, как бесплатных, так и коммерческих, для различных материалов, таких как стали, суперсплавы и т. Д. полупроводник материалы, водные растворы, шлакии т. д. Существует также несколько различных типов программного обеспечения, использующих различные типы алгоритмов для вычисления равновесия. Это является преимуществом, если программное обеспечение позволяет рассчитывать равновесие с использованием множества различных типов условий для системы, а не только температуры, давления и общего состава, потому что во многих случаях равновесие может быть определено при постоянном объеме или при заданном химический потенциал элемента или данного состава определенной фазы.

Приложения

У CALPHAD был медленный старт в 60-х годах, но сложные системы банка термодинамических данных начали появляться в 80-х годах, и сегодня на рынке есть несколько коммерческих продуктов, например FactSage, MTDATA, PANDAT, MatCalc, JMatPro и Thermo-Calc, а также коды с открытым исходным кодом, такие как OpenCalphad, PyCalphad и ESPEI (см. «Внешние ссылки» ниже). Они используются в исследованиях и промышленных разработках (например, программное обеспечение QuesTek Innovations 'PrecipiCalc и Материалы по дизайну Technology), где они экономят большое количество времени и ресурсов, сокращая экспериментальную работу и делая термодинамические прогнозы доступными для многокомпонентных систем, которые были бы практически недостижимы без этого подхода. Существует журнал с таким названием, в котором публикуются последние научные достижения, но научные статьи, описывающие использование методов CALPHAD, публикуются также во многих других журналах.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Кауфман Л .; Бернштейн Х. (1970). Компьютерный расчет фазовых диаграмм. Academic Press NY. ISBN 0-12-402050-X.
  2. ^ а б Фабричная Ольга Б .; Saxena Surendra K .; Рише Паскаль; Вестрам Эдгар Ф. младший (2004). Термодинамические данные, модели и фазовые диаграммы в многокомпонентных оксидных системах: оценка для ученых-материаловедов и планетологов на основе данных калориметрии, объема и фазового равновесия. Берлин, Гейдельберг: Springer Berlin Heidelberg. ISBN 9783662105047. OCLC 851391370.
  3. ^ Каттнер Урсула Р. (2016). «Метод CALPHAD и его роль в разработке материалов и процессов». Tecnol. Металл. Mater. Шахтер. 13 (1): 3–15. Дои:10.4322/2176-1523.1059.
  4. ^ Lukas H.L .; Фри Сюзана Г .; Сундман Бо (2007). Вычислительная термодинамика: метод CALPHAD. Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0521868112. OCLC 663969016.
  5. ^ Saunders N .; Миодовник П. (1998). Кан Р. В. (ред.). Calphad. Серия «Пергамские материалы», Том 1. ISBN 0-08-042129-6.
  6. ^ Ю. Остин Чанг (2004). «Расчет фазовой диаграммы: прошлое, настоящее и будущее». Прогресс в материаловедении. 49 (3): 313–345. Дои:10.1016 / S0079-6425 (03) 00025-2.
  7. ^ Зи-Куй Лю; Ван И (2016). Вычислительная термодинамика материалов. Кембридж. ISBN 9780521198967. OCLC 960196125.

внешняя ссылка