1、CALPHAD 簡(jiǎn)介CALPHAD（Calculation of Phase Diagram）在熱力學(xué)理論和熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)支持下的相圖計(jì)算其核心原理是：根據(jù)已知熱力學(xué)相平衡數(shù)據(jù)，確定低組元(二元)系中各相的熱力學(xué)描述，然后通過遞推、優(yōu)化，逐步獲得高組元合金相的吉布斯能，而計(jì)算出可靠的高組元相圖一、CALPHAD 的發(fā)展1899年，H. Roozeboom 把相律應(yīng)用到多組元系統(tǒng)1878年，J. W. Gibbs 提出相律1923年， G. N. Lewis 和 M. Randall 發(fā)表“化學(xué)物質(zhì)的熱力學(xué)與自由能”。 1900年，G. Tamman 測(cè)定了大量金屬系相圖1940年，S. R. B

2、rinkley, H. J. Kandiner, W. B. White 等提出了平衡組成的最小自由能算法1970年， L. Kaufman, M. Hillert 等倡導(dǎo)相圖熱力學(xué)計(jì)算，形成了相平衡研究的CALPHAD模式。 1960年，NASA開發(fā)了第一個(gè)使用的，帶物質(zhì)熱力學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的計(jì)算機(jī)程序1996-1999年，Pandat, JMatPro 發(fā)布。 1994年，DICTRA發(fā)布，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)相變計(jì)算。 1987年，ChemSage發(fā)布，后擴(kuò)展成為FactSage。 1981年，Thermo-Cale發(fā)布，獲得廣泛應(yīng)用。以CALPHAD為代表的材料相圖計(jì)算方法及相關(guān)熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)軟

3、件工具在鋼鐵冶金、有色合金、熔鹽、陶瓷、高分子、化工等廣泛領(lǐng)域取得成功，正在對(duì)材料研究方法和結(jié)果帶來巨大變革。二、CALPHAD方法收集、評(píng)估、篩選相圖與熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)選擇各相的吉布斯自由能模型給模型參數(shù)賦初始值重新評(píng)估實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重新選擇模型調(diào)整模型參數(shù)的值將現(xiàn)有參數(shù)計(jì)算的相圖與熱力學(xué)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較建立數(shù)據(jù)庫(kù)工業(yè)應(yīng)用二、CALPHAD方法magexiC1iiii0C1iiGGxlnxyRTGxG參考態(tài)自由能理想自由混合能過剩自由能磁性貢獻(xiàn)的自由能二元系三元系四元系估定exbinG外推)G(exbin+ 估定exterG外推)GG(exterexbin+ 估定exquaG 典型系統(tǒng)包括 T

4、hermo-Calc、FactSage、Pandat、JMatPro等 Thermo-Calc是這一領(lǐng)域經(jīng)典代表 二、CALPHAD計(jì)算工具強(qiáng)大的優(yōu)化算法最為全面的數(shù)據(jù)庫(kù)支持：鐵基、鎳基、鈦基、鋁合金、鎂合金、氧化物、無機(jī)鹽、陶瓷、焊接材料、腐蝕、鍍層等各類數(shù)據(jù)庫(kù)開放的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)唯一支持?jǐn)U散動(dòng)力學(xué)計(jì)算（DICTRA）冶金、材料熱力學(xué)計(jì)算領(lǐng)域上廣泛的采用三、CALPHAD的應(yīng)用CALPHAD熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)相結(jié)合，使得嚴(yán)格意義上材料設(shè)計(jì)成為可能。CALPHAD方法與量子化學(xué)第一原理結(jié)合，利用后者的理論基礎(chǔ)，使熱力學(xué)數(shù)據(jù)的獲取更加準(zhǔn)確，嚴(yán)謹(jǐn)和方便。CALPHAD方法與相場(chǎng)方法相結(jié)合，定量模擬合金微觀結(jié)構(gòu)演變。三、CALPHAD的應(yīng)用圖2. Al-Mn-Ni體系600oC等溫截面 圖1. Al-Fe-Ni 體系950oC等溫截面所提出的四亞點(diǎn)陣模型成功描述了具有多種有序所提出的四亞點(diǎn)陣模型成功描述了具有多種有序-無序相變的無序相變的Al- Fe-Ni和和Al-Mn-Ni等體系相圖等體系相圖該模型已首次成功應(yīng)用于多元鋁合金相平衡的計(jì)算該模型已首次成功應(yīng)用于多元鋁合金相平衡的計(jì)算相場(chǎng)模擬相場(chǎng)模擬熱力學(xué)因，相變驅(qū)動(dòng)力，相平衡熱力學(xué)因，相變驅(qū)動(dòng)力，相平衡擴(kuò)散系數(shù)矩陣擴(kuò)散系數(shù)矩陣熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)擴(kuò)散動(dòng)力