材料设计的发展新趋势——材料设计计算方法

计算机计算技术和量子理论等领域的发展,使材料住处数据系统,热力学方法,分了疲乏量子理论乃至神经网络方法,拓扑几何都应用于材料设计中,采用计算方法进行材料设计上具人经验、高效及预测功能的特点,该方法将成为材料设计发展的重新趋势。     

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Ti₃Au C₂、Ti₃Ir C₂、Ti₃Zn C₂和Ti₂Zn C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Ti₃Au C₂、Ti₃Ir C₂、Ti₃Zn C₂和Ti₂Zn C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。     

饮誉中外的材料科学家，我国材料相变、形状记忆材料、热力学等领域的开拓者、中国科学院院士——徐祖耀

徐祖耀男，1921年3月生，浙江宁波人。1942年毕业于国立云南大学矿冶系。历任重庆(南京)材料试验处助研，唐山交通大学(现西南交通大学)．北京钢铁学院(现北京科技大学)和上海交通大学副教授、教授．金相热处理教研室主任、材料研究所副所长．材料科学与工程系主任．比利时鲁汶大学客座教授，香港城市大学名誉教授。现任上海交通大学学术委员会委员、材     

镁合金体系的相图研究进展

Mg 合金具有低密度、高比强度、高阻尼和良好的铸造性能等优点,然而,耐热性差且在酸性腐蚀介质中腐蚀速率快限制了 Mg 合金的广泛应用。合金化是改善 Mg 合金性能的有效途径,而多元相图是优化 Mg 合金成分设计的基础。总结了 Mg 合金相图的实验测定方法,阐明了 Mg 合金体系相图的研究现状,提出了未来 Mg 合金相图研究方向及其对开发新型 Mg 合金的重要性;并以 Mg-Al-Sr 体系为例说明如何借助相图来预测和理解合金的微观组织。     

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.     

基于CFD方法的低温泵热力学设计与数值仿真研究

通过CFD数值仿真的方法对低温泵一级冷阵和二级冷阵降温过程以及稳态平衡过程的热力学情况进行了研究。研究针对低温泵不同的运行工况, 导热柱的设置以及冷屏厚度等因素的影响, 分析了各种情况下低温泵的温度分布情况。同时文章还对低温泵降温过程分别采用稳态物性和变化物性进行计算, 分析物性的定性温度以及低温泵一级冷阵的结构对计算结果的影响。针对DN400低温泵建立测试系统进行降温情况的测试, 通过测试和仿真计算的结果进行对比, 确认了设计和分析方法的有效性, 降温时间的计算误差约为7%。     

湿蒸汽流气动和热力学参数的计算

这篇论文是上期发表的“水蒸汽引射器一维流的计算方法”的继续.气体动力学函数是分析计算引射器性能的有效方法.在真空引射器和大部分引射压缩器的工作膨胀比下,从拉瓦尔喷嘴流出的水蒸汽流是含湿的.在这种情况下,如果继续忽视干度的影响,将使水蒸汽引射器的计算结果产生很大的偏差,更不能确定最佳设计状态.现在根据湿蒸汽流的气动和热力学参数进行了计算,并将计算结果用于水蒸汽引射器的设计中,在第二部分介绍了湿蒸汽单股流的气动和热力学参数;第三部分介绍了水蒸汽空气混合流的气动和热力学参数的计算.其结果可以在水蒸汽喷射真空泵中得到应用.     

高通量计算在锂电池材料筛选中的应用

先进电池技术是未来十年世界各国前沿技术竞争的制高点,锂电池由于具有电压高、比能量高、充放电寿命长、工作温度范围宽等优点,已成为许多移动电子产品、电动汽车以及风电和光伏电储能的首选.因此,更快的开发出能量密度高、安全性好、充放电速度快的高性能锂电池材料十分必要.借助高通量计算方法,通过设置合理的筛选条件,可加快锂电池材料的研发.通过使用自主编写的计算软件及高通量自动化计算流程,以无机材料晶体结构数据库中现有的结构为基础,针对电极材料和固体电解质材料分别应具有的特点,实现了对锂电池材料的初步筛选.计算结果与现有的实验数据汇集到一起,形成了庞大的数据库.进一步借助统计方法进行数据挖掘,有望揭示材料的结构-性能关系及内在物理规律,缩短材料从研发到应用的全过程,为开发全新电池材料乃至电池体系提供有力支持.     

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.     

新一代飞机发动机用Nb基超高温材料设计系统开发EI

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.     

压力容器材料厚度计算及设计

文章分析了压力容器设计中的各厚度之间的关系,阐述了设计压力容器的规则主线,理清如何计算各种材料厚度的思路,使制造压力容器更加规范科学。     

计算合金系统热力学性质的Miedema模型的发展

Miedema模型仅需几个简单的物性参数和设定的常数值便可计算合金系统的热力学性质,因而应用广泛.对二元Miedema模型理论及合金相形成热计算表达式的发展变化和扩展作了详细的评述,并介绍了目前对合金Miedema模型的修正和发展方向,讨论了计算模型中参数的选取原则,指出模型计算值和实验值误差原因,同时说明在计算三元和多元合金的计算中误差会更大,需要进一步发展三元或多元合金的计算模型.     

遗传算法及其在材料设计中的应用

简要简述了遗传算法的基本原理,综述了它在复合材料优选、功能梯度材料设计、合金设计及材料制造工艺参数优化等材料设计领域中的应用。     

Co2Z型铁氧体材料磁谱的解析计算与仿真设计

根据Landau-Lifshitz理论计算模拟了Co2Z型平面六角晶系铁氧体材料的磁谱，并讨论了饱和磁化强度帆、各向异性场风和风、阻尼系数α对材料磁谱的影响，提出了起始磁导率、共振频率、共振峰值的调控方法．对要求在2GHz下磁导率实部和虚部均〉10的新型Co2Z材料进行仿真设计，计算出新材料的磁谱参数以及本征参数，列出了一系列满足性能要求的本征参数（磁化强度帆、各向异性场风和风）及阻尼系数口，对新材料的研制具有准确的理论指导作用。     

相变储能材料十六醇-脂肪酸热力学性质的研究

由步冷曲线法，绘制了十六醇-硬脂酸、十六醇-十六酸、十六醇-十四酸、十六醇-月桂酸、十六醇-癸酸5组不同组成二元物系的T-X相图，由相图可得出不同组成的相变温度以及最低共熔点组成，在此基础上利用DSC测定了这5组体系最低组成处的相变焓，由测定结果可知，每组相变焓均较大，可以作为相变材料使用。     

梯度薄膜材料设计原则

针对梯度薄膜材料的特殊性,在平面应力近似基础上进行热弹性理论推导,结果表明,梯度薄膜材料的热应力极值由梯度薄膜材料本身的性质决定,组成分布系数只影响热力的分布和变化趋势。提出了梯度薄膜材料设计原则。     

钱学森与材料设计

扼要地介绍了近20年来著名科学家钱学森积极倡导和有力推动的关于"材料设计"的思想、 理论、层次、方法和体系。经历届"八六三"计划专家组的努力,"材料设计"己列入国家 级新材料发展计划,并取得了可喜的成果。     

多元铝合金相图热力学、热物性质数据库及其应用

精确的热力学、热物性质数据库是对多元多相材料制备过程中微观结构演变定量描述的关键.高性能铝合金作为航空航天和国民生产用重要结构材料,其制备工艺的优化和设计一直备受关注.首先概述了多元多相铝合金热力学数据库构筑的方法及其最新研究进展,重点介绍了多元多相铝合金相平衡的测定方法和TEM、3DAP及第一原理计算在铝合金热力学数据库构筑中的辅助作用.随后介绍了多元多相铝合金扩散系数、粘度、摩尔体积数据库构筑的最新研究进展.给出3个实例介绍了热力学数据库和热物性质数据库在铝合金凝固过程中微观结构演变模拟的应用.最后简单总结了多元铝合金热力学和热物性质数据库目前面临的问题和挑战.     

合金调幅分解与有序化共存的图形热力学分析

经典固溶体理论认的调幅分解与有序化两种失稳模式不可能在同一合金系中同时出现，但许多合金中都发现了这一现象。本文通过构造的多种热力学图形，直观地解释了共存现象，从理论上证实了调幅分解与有序化共存反应的可能性。