二元稳定平衡相图计算的研究

摘要

相图是材料研究的基础，许多新材料、新工艺的研究开发都必须使用相图作为指导。相图的绘制以往常采用实验手段，其工作量大且易引入误差。随着热力学理论和计算机科学的发展，利用热力学平衡数据和计算机计算相图已发展成为一门新的学科分支。而国内目前在这方面的研究与国际上存在较大差距，缺乏拥有自主知识产权的相图计算软件。 根据相图计算的一般原理，获得系统稳定平衡相图须使得系统的吉布斯能最小，而定比化合物相的稳定性与吉布斯能之间关系，给出了定比化合物相之间稳定平衡共存的条件，此即为定比化合物相稳定性原理。本文基于这一原理设计出计算二元系统稳定平衡相图的新算法，并用Microsoft Visual Basic 6.0编写了计算二元系统稳定平衡相图程序，在该程序界面上输入一个二元系统的已知热力学数据，即可自动在Microsoft windows平台上计算并绘制出该系统的稳定平衡相图。 本文选取了包含典型相变如匀晶、共晶、包晶、共析、包析、偏晶及调幅分解等的Ag-AI和A1.Zn二元系统作为实例，对本文所提出的新算法及程序进行了验证。通过输入己知的Ag-AI和Al-Zn热力学数据，经程序计算所得的相图与现有的实验相图及运用Themoal-Calc和Panda软件的计算相图结果一致。 采用本文提出的新算法在处理二元相图上简单直观，其计算总复杂度由常规算法的D(n<'3>)降至了O(n)，降低了计算成本；另外，目前国外基于局部函数最小值的迭代算法可能存在两个问题，一是稳定性问题：当初始点与期望最小值相距较远时，它们或不能收敛，或可能收敛于亚稳平衡；二是用户依赖性问题：计算机程序无法独立决定溶混间隙(miscibility gap)的存在，需要预知系统的一些特性。而本文设计的基于定比化合物相稳定性原理的新算法，避免了上述问题的出现。从A1-Zn相图的计算结果可看出，该程序可以较好地处理含溶混间隙的二元系统。 由于新算法具有一般性，该程序今后可用于研究一些未知或尚未确切给出的二元相图，如稀土的二元相图，为国内二元相图的计算软件的开发奠定基础。

目录

文摘

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第一章绪论

第二章相图计算（CALPHAD）的理论基础

第三章二元系统相图计算的新算法设计

第四章二元系统相图计算实例及运行时间分析

结论

参考文献

攻读学位期间发表的与学位论文有关的学术论文

致谢

附录