新一代飞机发动机用Nb基超高温材料设计系统开发

本研究利用CALPHAD方法,液相和端际固溶体相的自由能采用亚规则溶体模型来描述,金属间化合物相的自由能用亚点阵模型来描述,并结合相平衡实验结果和热力学性质的实验信息,对Nb-Al-Cr-Hf-Mo-Si-Ti体系合金相图进行了热力学优化与计算.计算结果与实验值取得了较好的一致性,得到一组自洽合理的热力学参数.本研究结合该体系相关合金相图热力学计算的文献报道,建立了Nb-Al-Cr-Hf-Mo-Si-Ti体系合金相图热力学数据库.该热力学数据库将为铌基高温合金材料研究与开发提供重要的基础热力学参数.     

相图热力学在能源材料中的应用

CALPHAD结合关键实验可以探究能源材料体系的多元多相反应.介绍了4个基于不同应用背景的合金体系的评估工作:液相烧结的SiC(LPSSiC)体系、转换型锂离子电池体系、掺杂Cr的TiAl基合金体系以及Zr基热障涂层体系.研究结果显示:CALPHAD热力学计算结果可以用于指导关键实验设计,从而进一步明确研究体系的相图和热力学性质.获得的实验数据又可以作为精炼CALPHAD模型和改进模型参数的输入条件.精炼后的模型参数构成的热力学数据库可用于计算各种相图(包括等温截面、垂直截面、可以用来计算可信的相图(等温截面、垂直截面及波动图)及液相面投影图.     

多组元合金的凝固热力学原理

以发展多元多相合金的凝固理论为目标，探讨了多组元合金自由能描述方法及其凝固过程的热力学平衡条件。多组元合金的自由能是由各组成元素的自由能、原子的组合排列引起熵的变化决定的理想混合自由能和由原子间交互作用引起的附加自由能三部分决定的。其中附加自由能的描述是难点，通常通过实验结果的拟合获得。固相的析出条件可通过自由能最低的热力学原理预测，而固相和液相成分的相关性则可通过化学位相等的热力学原理计算。在实际应用中，可以借鉴相图计算方法进行凝固过程的热力学分析，进而获得相图精细结构的数值计算结果。以Al Mg Si合金为算例，进行了三元合金热力学平衡条件的分析。以该热力学平衡条件计算结果为基础，引入对固相和液相中扩散过程的分析，则可实现多组元合金凝固路径的预测。     

硬质合金相图热力学和扩散动力学数据库及其应用

硬质合金是由难熔金属化合物和粘结相通过粉末冶金工艺制成的材料,它具有硬度高、耐磨、强度和韧性好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能。介绍了包含C-Co-Cr-W-Ta-Ti-Nb-N等元素的硬质合金热力学和动力学数据库。简述了热力学数据库中的热力学模型和优化计算,并以C-Cr-Ta三元系为例介绍了热力学优化计算的方法和步骤。所建立的硬质合金动力学数据库包含液相和fcc相不同元素的原子迁移参数。利用修正的Sutherland方程对液相的原子迁移参数进行了评估,而fcc相原子迁移参数是基于对实验测定数据和文献数据的评估获得的。利用建立的硬质合金热力学和动力学数据库,可以计算多元系的相平衡、获取不同相的热力学性质和溶解度信息、模拟合金中元素和相的分布等。该数据库可用于设计合金成分和烧结温度、预测元素含量及烧结气氛等对梯度硬质合金形成的影响、优化合金烧结工艺等。最后指出相图热力学和扩散动力学数据库及热物性数据库结合相场、有限元方法,定量描述硬质合金结构-性能的关系是今后的发展趋势。     

计算热力学及其在材料科学中的应用(英文)

简要综述了材料科学领域中计算热力学与动力学的模型、数据库、软件及应用。介绍了当前最常用的软件。详细解释了用于描述不同相热力学性质的重要模型,以及获取热力学数据库中模型参数的优化过程。此外,还阐述了平衡计算中最常用的一种算法。最后本文给出了一些使用软件和数据库计算相平衡和相图,以及结合动力学数据用于相变及其过程模拟的示例。     

Au-Pt-Sn体系热力学参数及相图研究现状与展望

较为系统地介绍了Au-Pt-Sn系中二元及三元合金的相图及相关热力学参数研究进展,包括相图分析、合金相结构以及生成焓、结合能、吉布斯自由能等热力学参数,同时介绍了该系合金体系在钎焊和化学催化产业中的应用,并提出了扩大该系合金应用值得重视的一些问题。     

Co-Ni-W三元系相图的实验测定与热力学计算

本研究采用合金法、电子探针显微分析仪(EPMA)和X射线衍射(XRD)技术,对Co-Ni-W三元系在1 000℃和1 200℃下的等温截面相图进行了实验测定。结合本研究和已报道的相平衡实验信息,基于CALPHAD (Calculation of phase diagrams)方法,对Co-Ni-W三元系相图进行了热力学优化与计算,获得了自洽性良好的热力学参数,计算结果与实验数据取得了良好的一致性。     

Au-Pt-Sn体系相图及相关热力学参数的研究进展

较为系统地介绍了Au-Pt-Sn系中二元及三元合金的相图及相关热力学参数的研究进展,包括相图分析、合金相结构以及生成焓、结合能、吉布斯自由能等热力学参数,同时介绍了该系合金体系在钎焊和化学催化产业中的应用,并提出了扩大该系合金应用值得重视的一些问题。     

Pt—TM（TM—Sc，Ti，V，Zr，Nb）二元合金形成焓的的亚规则模型

形成焓是描述合金形成能力和稳定性的重要参数。用亚规则模型对Pt—TM（TM—Sc,Ti,V,Zr,Nb）二元合金的形成焓进行理论计算,其目的是了解这5种Pt合金的热力学性质,预测其中间相的存在。结果显示亚规则模型对所研究的二元合金的形成焓结果能准确的描述和解释已有实验结果。这为制备和开发广泛应用于催化化学工业的Pt合金材料提供了理论支撑。     

相图计算的研究进展

相图计算已经成为材料设计、冶金和化工等过程模拟的重要工具,越来越受到人们的重视.概述了相图计算(CALPHAD)的发展现状,重点强调了相图计算中描述有序相的模型、量子力学第一性原理与相图计算方法的结合和热力学与动力学的结合,并简要预测了今后相图计算的发展方向.     

新型MAX相的相图热力学研究

本研究通过使用相图计算(Calculation of Phase Diagrams, 简称CALPHAD)耦合第一性原理计算的方法, 以相图作为判断依据, 探究Ti₃AuC₂、Ti₃IrC₂、Ti₃ZnC₂和Ti₂ZnC新型MAX相在不同温度下的热力学稳定性。使用相图计算(CALPHAD)方法建立起研究体系的热力学数据库, 耦合第一性原理得到的新型MAX相生成焓数据, 最终得到包含新型MAX相的三元相图。研究结果表明Ti₃AuC₂、Ti₃IrC₂、Ti₃ZnC₂和Ti₂ZnC的MAX相具有很好的热力学稳定性, 与实验结果吻合。本研究为确定新型MAX相的热力学稳定性提供了系统的研究方法, 可应用于指导合成更多未知的MAX相材料。     

基于Pandat的Ti-Al系相图计算及热力学评估

基于相图计算理论,用Pandat 2016热力学计算软件、最新的钛合金数据库和热力学模型,计算研究了Ti-Al二元系相图。从相律、相图的特殊点、各相存在的范围、相变点等方面对其进行了详细的热力学评估。计算结果表明:计算相图和实验相图吻合得较好,其相对误差基本都在5%以内,为推广到三元或更高元体系相图奠定了基础。随后提出了一个新的计算Ti-Al二元系中(α+β)/β相变点的公式,其置信度为99.982%,与经验计算公式相比,计算更为准确,具有一定的参考价值和学术交流意义。     

THE THERMODYNAMIC CALCULATION OF α/βPHASE EQUILIBRIUM IN Ti-Al-Nb SYSTEM

用巨势法分析了三元系的相平衡问题．计算了Ti－Al－Nb系中α／β在1150℃和1400℃的相平衡，采用亚正规溶体模型描述了Ti－Al－Nb系α和β相的Gibbs自由能．计算结果与实测相图相符，证明本方法是可行的，使用的相互作用参数值是正确的     

含氮体系CVD低压金刚石薄膜淀积条件

根据非平衡热力学耦合模型理论首次计算得到了碳氢氮体系的金刚石生长的非平衡定态相图与近几年在国际上发表的该体系实验结果符合,可以为今后的实验研究提供定量化的理论依据。     

相图及其在钛电解新工艺和钛合金设计中的应用

相图是材料设计的指导书、冶金工作者的地图和热力学数据的源泉.简要概述了近年来相图计算研究的进展,举例说明了Ti-C-O三元系及其亚二元系相图在钛电解新工艺研究中的应用及Ti-Al相图在钛合金设计中的应用,并在文献中列出了新的可靠的合金和化合物相图的来源.最后指出,进一步测定Ti-C-O三元系中TiC-TiO固溶体的精确固溶范围及其与其它相的相关系对于直接电解TiO2提取金属钛新工艺的工业化有重要意义.     

计算材料热力学与镁合金设计

计算材料学经过近30年的发展,已形成针对材料不同层次和尺度的理论模型,包括第一性原理计算、分子动力学、蒙特卡洛模拟、相场理论、CALPHAD技术及有限元分析等。其中计算材料热力学在多层次跨尺度材料设计中占据重要的地位。通过计算材料热力学获得的多元合金体系的相关系、相组成和相对量、相转变驱动力及其它热化学数据等基础性研究成果,将直接服务于相关材料的设计与研发。简要介绍了计算材料热力学的发展历程及其基本原理,结合Mg基合金设计过程,基于建立的部分Mg合金体系的热力学数据库,从固溶强化、时效强化、析出强化、晶粒细化、非晶形成能力等方面,对Mg合金体系的热力学评估方法和研究现状进行了概述,并根据Mg合金热力学数据库中关于Mg-Zn-Zr/Ca体系的热力学特征函数,计算相平衡关系,示例分析了Mg-Zn合金中Zr和Ca的合金化作用。     

低压下用CO H_2气体制备人造金刚石的相图计算

用非平衡热力学耦合模型计算了低压下由CO＋H2气体制备人造金刚石的相图．这些相图与经典的平衡热力学理论计算的相图不同，都有一个金刚石生长区．金刚石生长区的存在是实现用CO＋H2气体制备人造金刚石的热力学基础．本文认为相图中的金刚石生长区是体系中超平衡氢原子和超平衡氧原子对金刚石相和石墨相不同作用的结果．不同压力下相图中金刚石生长区的范围稍有不同，压力降低时，金刚石生长区将向低CO浓度的方向移动．本文还将计算的结果与报道的实验结果进行了对比分析，两者基本相符．     

世界著名的“金氏相图测定法”的创立者中南大学教授、博士生导师中国科学院院士金展鹏

金展鹏男,1938年11月出生,广西荔浦人,中共党员,中南大学材料科学与工程学院教授,博士生导师。他早年投身于材料科学,20世纪70年代开始进行相图热力学和相变动力学的研究。他发展了结构特点不同的相的热力学模型和相图优化计算方法,构筑了一系列金属合金、氧化锆基陶瓷及人工晶体材料的相图。发展了研究相图等温截面和等温四面体的多元扩散偶方法,     

世界著名的“金氏相图测定法”的创立者 中南大学教授、博士生导师 中国科学院院士 金展鹏

金展鹏,男,1938年11月出生,广西荔浦人,中共党员,中南大学材料科学与工程学院教授,博士生导师。他早年投身于材料科学,20世纪70年代开始进行相图热力学和相变动力学的研究。他发展了结构特点不同的相的热力学模型和相图优化计算方法,构筑了一系列金属合金、氧化锆基陶瓷及人     

分子动力学模拟Pb_(20)Au_(80)和Pb_(50)Au_(50)合金热力学性质的研究

采用分子动力学方法模拟了Pb20Au80和Pb50Au50合金体系的热力学性质,计算了不同温度下合金体系的生成焓、生成自由能、过剩自由能和结合能,从宏观和微观热力学角度分析了二元合金原子间的相互作用,得到的计算结果与实验数据很吻合。