相图计算理论相关
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相图计算方法简介运用热力学计算相图:以相作为“单元”,计算整个体系的所有相的自由能,根据自由能最小原理确定稳定存在的相:pi=1minimum i i G n G ϕ==∑。
具体步骤:一、收集所要评估体系的实验相图数据和热力学实验数据 二、针对体系中各相的晶体结构,选择合理的热力学模型1) Cu-Ni 体系:有两个固溶体相,LIQUID 和 FCC_A1选择亚规则溶体模型.2) Pb-Sn 体系:有三个固溶体相,LIQUID 、BCT_A5和FCC_A1选择亚规则溶体模型.三、理解亚正规溶体模型中,相自由能的表达式,以及表达式中各项的具体含义1) 固溶体相的自由能的表达式为:()00ln ln i i j j i j i j i ij j m RT x x x x G G x x G x x L φφφφ+=+++ , mag Gφ+ i ,j 按元素字母顺序排列,如:在Cu-Ni 体系中i =Cu ,j =Ni 。
2) 其中0i j i j x x G G φφ+为纯组元项,0i G φ是φ相中的i 成分的自由能,25℃时稳定存在的纯物质的焓作为参考态来表述(SGTE 值);()ln ln i i j j RT x x x x +为理想混合熵项;i j ij x x L φ为过剩自由能项; , mag Gφ由于合金的磁性而附加自由能项(Co 、Ni 、Fe 合金)。
3) a).在过剩自由能项i j ij x x L φ中,ij L φ代表二元相互作用参数,其表达式为()0n nni j ij ij m L X X L φφ==-∑。
其中ln nij A BT CT T L φ=++,而A 、B 、C 即是相图计算所需要优化的参数。
b)., mag G φ是磁转矩,()(), =RTln 1mag f G φβτ∆+,CTT τ=, 0,0= ()nm m i i i i C j i j j im X T X X T X T X φφφ=+∑∑-,()0,0= n mm i i j iji i jim X X X X X φφφβββ=+∑∑-其中,mi j T φ,,mi jφβ是组元i 和j 的磁性相互作用参数,待优化参数。
相图计算方法简介运用热力学计算相图:以相作为“单元”,计算整个体系的所有相的自由能,根据自由能最小原理确定稳定存在的相:pi=1minimum i i G n G ϕ==∑。
具体步骤:一、收集所要评估体系的实验相图数据和热力学实验数据 二、针对体系中各相的晶体结构,选择合理的热力学模型1) Cu-Ni 体系:有两个固溶体相,LIQUID 和 FCC_A1选择亚规则溶体模型.2) Pb-Sn 体系:有三个固溶体相,LIQUID 、BCT_A5和FCC_A1选择亚规则溶体模型.三、理解亚正规溶体模型中,相自由能的表达式,以及表达式中各项的具体含义1) 固溶体相的自由能的表达式为:()00ln ln i i j j i j i j i ij j m RT x x x x G G x x G x x L φφφφ+=+++ , mag Gφ+ i ,j 按元素字母顺序排列,如:在Cu-Ni 体系中i =Cu ,j =Ni 。
2) 其中0i j i j x x G G φφ+为纯组元项,0i G φ是φ相中的i 成分的自由能,25℃时稳定存在的纯物质的焓作为参考态来表述(SGTE 值);()ln ln i i j j RT x x x x +为理想混合熵项;i j ij x x L φ为过剩自由能项; , mag Gφ由于合金的磁性而附加自由能项(Co 、Ni 、Fe 合金)。
3) a).在过剩自由能项i j ij x x L φ中,ij L φ代表二元相互作用参数,其表达式为()0n nni j ij ij m L X X L φφ==-∑。
其中ln nij A BT CT T L φ=++,而A 、B 、C 即是相图计算所需要优化的参数。
b)., mag G φ是磁转矩,()(), =RTln 1mag f G φβτ∆+,CTT τ=, 0,0= ()nm m i i i i C j i j j im X T X X T X T X φφφ=+∑∑-,()0,0= n mm i i j iji i jim X X X X X φφφβββ=+∑∑-其中,mi j T φ,,mi jφβ是组元i 和j 的磁性相互作用参数,待优化参数。
二元体系的相图计算及其应用随着计算机技术的不断发展,人们在研究材料科学时便能用到计算机模拟方法。
其中,相图计算是材料科学领域中一个非常重要的研究手段。
二元体系的相图计算是相图计算成果的基本形式,也是大多数材料科学家所采用的计算方法之一。
相图是指在一定温度和压力下,不同化学组成的材料所构成的各种相的稳定性关系图。
对于一种特定的材料体系,相图所反映的是其物理和化学性质,而且可以帮助人们了解不同物质组成的各种相所形成的规律。
现如今,相图计算已成为了研究材料物性的基本方法之一。
一、相图计算的基本步骤相图计算的基本步骤一般包含以下几个方面:1. 确定所要计算的材料体系在相图计算之前,首先需要确定所要研究的材料体系。
一般而言,体系的选取应该是体系中存在物质的重要问题,例如固溶体颗粒尺寸、相转变机理等。
2. 设置计算条件根据体系的物理化学特性,人们需要确定计算温度、压力等计算条件。
同时,还需要设置合适的模型和参数对计算进行定量描述。
3. 模型建立得到所要计算的基本体系后,需要采用一个适当的模型对所得数据进行拟合。
根据模型拟合所得参数来计算各相的热力学性质,并绘制出所要求的相图。
4. 分析相图通过分析相图,得出不同温度、不同组成下可能存在的相转变行为以及物质分析等。
二、相图计算在材料领域中的应用在材料领域中,相图计算被广泛用于材料合金设计、加工和改性等领域。
例如,如果人们需要在特定条件下合成某种材料,相图计算可以帮助我们确立最佳的配方组成和工艺条件。
同时,在新材料的研究中,相图计算也具有非常重要的作用。
通过相图计算可以发现材料相之间的相互转化规律,可以更加直观地描述新材料的物理化学性质和应用前景。
此外,相图计算还能指导材料在加工、成型和改性方面的创新,从而提高材料的性能和应用范围。
总之,二元体系的相图计算在材料领域中有着广泛的应用前景。
通过对相图的研究,人们可以更好地理解材料所表现出的各种性质,指导材料设计、制备和加工等方面的研究与实践。
实验四 理想溶液二元相图计算一. 实验目的1.了解相图在材料科学和工程中的意义及理想溶液二元匀晶相图的计算方法。
2.学会使用C 语言或其它语言编程计算理想溶液的二元匀晶相图。
3.了解当前国内外相图计算软件的现状。
二.实验原理1.理想溶液相图计算理论理想液态混合物中任意一组分B 的化学势为:μB =*μB +RTln x B对于1mol 理想液态混合物来说,结合化学势的定义,上式可以写成:μB =*B m,G +RTln x B (1)设指定的温度、压力下,B 物质有α、β两相存在,达到平衡时,则有: μαB =μβB(2) 在我们研究的系统中,有A 、B 两组分存在,对于组分A ,将式(1)代入(2)式得:x RT G x RT G A A A A βαβαln )(ln )(*,m *,m +=+ 多项整理得:)(*,m *,m *,m 1ex p )]()([1ex p A A A AA G RT G G RT x x ∆=-=αββα (3) 同理可得:)(*,m *,m *,m 1ex p )]()([1ex pB B B BB G RT G G RT x x ∆=-=αββα (4) 利用(3)和(4)式即可计算理想溶液平衡两相的组成。
2.相图计算软件简介目前集成热化学数据库和相图计算软件的系统主要包括瑞典皇家工学院材料科学与工程系为主开发的 Thermo-Calc 系统和加拿大蒙特利尔多学科性工业大学计算热力学中心为主开发的 FACT (Facility for the Analysis of Chemical Thermodynamics )系统。
这些软件的共同特点是集成了具有自洽性的热化学数据库和先进的计算软件。
Pandat 合金相图软件与热力学计算软件是美国CompuThermLLC 公司开发的用于计算多元合金相图和热力学性能的软件包。
可用于计算多种合金的标准平衡相图和热力学性能,用户也可使用自己的热力学数据进行相图与热力学计算。
知识点:相图与计算相图相图(phase diagram)被誉为材料工作者的“地图”,相图表示在一定条件下,处于热力学平衡状态的物质系统中平衡相之间关系的图形,又称平衡图、组成图或状态图。
相图上的每一点都反映了某一材料在一定温度压力条件下的平衡状态是由什么样的结构相组成的,以及各相的成分与含量。
相图同时也给出了当成分或温度等热力学参数改变时材料发生相变的信息,相图上不同相区之间的界线两侧代表了两种不同的相结构。
至今,人们已经积累了大量珍贵的实测相图数据,其中大部分被汇编成册,并得到广泛应用。
确定相图的原则是热力学上体系达到平衡态,但是实际上通过两相界所对应的热力学条件不一定都能够从一个相转变到另一个相。
不能达到的原因有两个,一个是需要的温度或压力条件太苛刻,以至于技术上很难实现;另一种可能是达到另一个平衡相所需要的时间太长,以至实际上不能发生,即动力学上的因素。
解决上述两种问题的方法常常是采用在反应时加催化剂或通过增加反应物的活性来降低反应所需的温度或压力及缩短反应时间。
相图计算及其优化相图计算就是运用热力学原理计算一个体系的相平衡关系和绘制相图。
材料的品种繁多,新材料层出不穷,已发表的相图资料严重不全。
同时,材料中大多包括多种化合物,多元相图对材料设计和制备具有重要的意义,但是绘制多元相图的工作量十分巨大。
20世纪70年代以来,利用计算机绘制相图已经成为一个新的学科,被称为CALPHAD (Calculation of phase diagram)。
即利用已知的n 元相图来绘制(n+1)元相图。
具体的做法是,根据热力学的定律及函数,结合体系的初始条件、最小自由能、化学势,确立在一定的温度和压力下某组分体系的平衡状态和结构相。
只要有足够的热力学数据和资料,从低组分体系的已知相图来推测高组分体系的未知相图在理论上和实际上均是可行的。
由于计算机计算远比设计做实验快速得多,可以任意设点,因此利用CALPHAD绘制相图可以大大节约人力、物力、财力和时间。
1.相律的有关概念与相律表达式(1)独立组份数C=S-R-R′。
S为物种数,R为独立化学反应计量式数目。
R′ 为同一相中独立的浓度限制条件数(包括不同物种依反应计量式比例关系及离子物种电中性条件)(2)自由度数f,系指相平衡体系中相数保持不变时,所具有独立可变的强度变量数。
(3)相律内容及其数学表达式。
相律就是揭示pVT平衡系统中自由度数、独立组份数和相数三者之间的制约关系。
表达式为:f=C-Φ+2;式中(式中 2 指T、p两强度变量)当T、p中有任一固定,则表达式为:条件自由度数f*=C-Φ+1当考虑除T、p、X B以外的其他变量或相间有某种限制时,则表达式为f=C-Φ+n;(式中n≥2)(4)相律的局限性与应用的关键性。
相律是一个定性规律,它指明特定条件下该平衡系统至多存在的相数及其相应的独立变量数,但不能指明是哪些相共存?哪些性质可作为独立变量及其它们之间的定量关系?相律对单相与复相都适用,但应用相律时,首先要考察系统是否满足相律成立的条件,并确定系统的组份数。
2.单组份系统的相图与特征(1)单组份系统相律与相图:因C=1 ,故相律表达式为f=3-Φ。
显然f最小为零,Φ最多应为 3 ,因相数最少为 1 ,故自由度数最多为 2 。
相图是用几何图形来描述多相平衡系统宏观状态与T、p、X B(组成)的关系。
在单组份相图中有单相的面、两相平衡线和三相平衡的点,自由度分别为f=2、f=1、f=0。
(2)单组份相变的特征与类型。
相变是一个连续的质的飞跃。
相平衡时物质在各相中的化学势相等,相变时某些物理性质有突变。
根据物性的不同变化有一级相变和连续相变(包括二级相变等高阶相变)之分;前者广为存在如气、液、固之间转变,其特点是物质在两相中的化学势一级导数不相等,且发生有限的突变〔即〕,此类相变平衡曲线斜率符合克拉贝龙方程。
后者如氦He(Ⅰ)与He(Ⅱ)的转变。
正常状态与超导状态的转变,其特点是化学势的一级导数在相变点连续〔即V1=V2,S1=S2〕,但化学势二级导数在相变点附近则迅速变化,出现一个极大峰如;或。
材料科学中冶金特性计算方法总结引言材料科学是一门研究材料结构与性能之间关系的学科,而冶金特性计算方法则是在材料科学领域内的重要研究方向。
冶金特性计算方法的目标是预测和解释材料的物理、化学和力学性质,以提高材料的设计和开发过程的效率。
本文将总结常用的冶金特性计算方法,并探讨其在材料科学中的应用。
一、第一原理计算方法1.密度泛函理论(DFT)密度泛函理论是材料科学中最常用的计算方法之一。
基于量子力学原理,DFT将材料中每个原子的电子结构表示为电子密度函数的变化。
通过求解薛定谔方程,可以获得原子和分子的能量、电荷密度、电子态密度等信息。
DFT方法可用于预测材料的结构、能带结构、晶格常数等冶金特性。
2.分子动力学模拟(MD)分子动力学模拟是模拟材料中原子或分子相互作用的计算方法。
MD方法基于经典动力学理论,通过数值积分原子的运动方程来模拟材料的动态过程。
通过计算材料的势能面、振动频率、热力学性质等,可以预测材料的结构演化、热力学稳定性、力学性质等冶金特性。
二、相图计算方法相图是描述材料中不同相之间平衡关系的图示。
相图计算方法通过计算材料在不同压力和温度下的自由能变化,预测材料中不同相的存在条件和组成变化。
相图计算方法包括平衡反应配平法、拟二元系方法、相互作用参数法等。
相图计算方法可用于预测材料的相变温度、相图形状、相稳定性等冶金特性。
三、材料力学性质计算方法材料的力学性质是材料中原子和分子相互作用的结果,包括弹性力学性质、塑性力学性质、断裂力学性质等。
材料力学性质计算方法可以通过研究材料的应力-应变关系来评估材料的机械行为。
常用的材料力学性质计算方法包括第一原理计算方法、分子动力学模拟方法、有限元方法等。
通过这些计算方法,可以预测材料的弹性模量、屈服强度、断裂韧性等冶金特性。
四、材料热力学性质计算方法材料的热力学性质是材料中原子和分子在热力学条件下相互作用的结果,包括热容、热导率、热膨胀系数等。
材料热力学性质计算方法可以通过计算材料的热力学函数来预测材料的热力学性质。
高熵合金材料的相图计算与设计方法研究一、引言现代科技领域对于材料性能的要求越来越高,传统的合金材料已经无法满足这些需求。
高熵合金材料以其优异的性能和多相共存的特点引起了广泛的关注。
高熵合金是由不同元素组成的混合物,具有高度均匀的元素分布,这使得它们在力学、热学、化学和电学等性质方面都展现出了出色的表现。
为了更好地发掘高熵合金材料的潜力,相图计算与设计方法成为了研究的重要方向。
二、相图计算方法1. 第一原理计算方法第一原理计算方法是利用基本物理原理和量子力学理论,通过计算原子之间相互作用能和电子体系的特性来预测材料的性质。
在高熵合金材料的相图计算中,第一原理计算方法可以提供关于混合元素之间相互作用能的重要信息。
通过计算和比较不同元素的配比下的能量数据,可以得到高熵合金材料的稳定性和相图信息。
2. 经验势计算方法经验势计算方法基于一定的假设和实验规律,通过优化得到元素之间的势能函数,进而计算材料的性质。
相比于第一原理计算方法,经验势计算方法不需要解决薛定谔方程,从而大大降低了计算的复杂度。
在高熵合金材料的相图计算中,经验势计算方法可以用于预测不同元素之间的相互作用能和稳定相。
三、相图设计方法1. 随机合金模型随机合金模型是一种常用的相图设计方法,它基于随机性原理,通过随机取样生成大量具有不同元素比例的合金结构,并计算每个结构的能量。
通过分析能量数据,可以得到不同元素比例下的相图信息。
随机合金模型不仅可以预测已有高熵合金材料的相图,还可以探索新的高熵合金组合。
2. 特征元素法特征元素法是一种基于已知高熵合金材料的特征元素组合,通过将这些特征元素组合与其他元素进行混合,设计出新的高熵合金材料。
这种方法利用了已有高熵合金材料的成功经验,可以大大加快新材料的设计与研发过程。
四、应用与挑战高熵合金材料的相图计算与设计方法在多个领域有着广泛的应用前景。
首先,在材料的设计与选取过程中,相图计算可以帮助研究人员评估不同合金配比下的性能,并选择最佳的材料组合。
相图的绘制与解读方法研究相图是材料学中一种重要的图形工具,用于描述不同组分在不同温度和压力下的相平衡关系。
相图的绘制和解读对于理解材料的相变行为、相互作用以及材料性能的优化具有重要意义。
本文将探讨相图的绘制方法、解读技巧以及其在材料研究中的应用。
一、相图的绘制方法相图的绘制通常基于实验数据和理论计算结果。
实验数据可以通过热力学实验、相平衡实验和相图测量等手段获得。
理论计算方法包括热力学模型、相平衡计算和计算机模拟等。
绘制相图的一般步骤如下:1. 数据收集:收集实验数据或理论计算结果,包括组分浓度、温度、压力等。
2. 数据处理:对收集到的数据进行整理和处理,包括数据清洗、数据插值和数据拟合等。
3. 绘图软件:选择适合绘制相图的软件,例如Matlab、Origin等。
根据数据的特点选择合适的图形类型,如等温线图、等压线图、相图等。
4. 绘图参数设置:根据实验或理论计算的要求,设置绘图参数,包括坐标轴范围、刻度、标签等。
5. 绘图:根据处理后的数据和绘图参数,进行相图的绘制。
二、相图的解读方法相图的解读是理解材料相变行为和相互作用的关键。
以下是一些常用的相图解读方法:1. 相区分析:根据相图中不同相区的分布和形态,分析材料的相变行为和相互作用。
相区分析可以帮助我们了解相变的温度范围、相变的类型以及相变过程中的相互转化关系。
2. 相平衡分析:通过相图中的相平衡线,分析不同相之间的平衡关系。
相平衡分析可以帮助我们了解相变的热力学平衡条件,以及相变过程中的相互作用和相变速率。
3. 相变路径分析:根据相图中的相区分布和相平衡线,分析材料在不同温度和压力下的相变路径。
相变路径分析可以帮助我们了解相变的动力学过程和相变的机理。
4. 相图预测:通过已有的实验数据和理论计算结果,预测材料在未知条件下的相图。
相图预测可以帮助我们设计新材料、优化材料性能以及指导实验设计。
三、相图在材料研究中的应用相图在材料研究中有着广泛的应用。
相图的知识点总结一、相图的基本概念1. 相:在热力学上,相是物质在宏观上具有一致的物理化学性质的部分。
常见的相包括固态、液态和气态。
在相图中,我们研究物质在不同条件下的相之间的转化关系。
2. 相变:相变是指物质从一种相转变为另一种相的过程。
例如固态到液态的熔化,液态到气态的汽化等,这些都是相变过程。
3. 相图:相图是在一定条件下,用图形方式表示物质对温度、压力、成分等条件变化而产生的相变规律的图。
常见的相图包括平衡相图、相图、反应平衡相图等。
二、相图的表示方法1. 温度-浓度相图:这种相图是根据不同成分的合金在不同温度下的相变关系进行绘制的。
通常用等温线(等温变化)和等浓度线(等浓度变化)来表示。
2. 压力-温度相图:这种相图是以压力和温度为坐标轴,描述物质在不同压力和温度条件下的相变规律。
对于气体和气体混合物的相图,常用此种表示方法。
3. 化学反应平衡相图:这种相图是表示化学反应在不同温度和压力条件下的平衡相态。
通过这种相图可以了解化学反应在不同条件下的平衡规律,对于化学工程和环境保护有着重要的意义。
三、相图的应用1. 材料设计与开发:相图在材料工程和材料科学中有着重要的应用。
通过研究合金和混合物在不同条件下的相变规律,可以设计和开发具有特定性能和特征的新材料。
2. 工艺优化:在材料的加工和制备过程中,研究相图可以帮助我们选择最合适的工艺参数,以达到最佳的加工效果和产品性能。
3. 环境保护:通过研究化学反应平衡相图,可以帮助我们了解化学反应在不同条件下的平衡态,从而有助于环境保护和资源循环利用。
四、相图的局限性尽管相图在材料研究和工程应用中具有重要的作用,但也存在一些局限性。
例如,相图可能忽略了一些非平衡相变过程,而在实际应用中许多相变过程都是非平衡过程。
此外,相图中也可能无法完全描述复杂体系的相变规律,因此在实际研究和应用中需要结合实验数据和理论模型进行分析。
总之,相图是物质科学中重要的工具,在材料研究和工程应用中具有重要的作用。
物理化学相图试卷题目一:相图的基本概念与应用(500字)相图是物理化学领域中重要的研究工具和理论基础,它描述了物质在不同温度和压力条件下的各种相的存在关系和转化规律。
相图的研究对于理解物质的物理化学性质、相变规律以及实际工程应用具有重要意义。
相图的基本概念包括相、相平衡、相界线等。
相是指在一定条件下具有均一物理化学特性的部分物质。
相平衡指两个或多个相共存并处于稳定状态的情况。
相界线则是指不同相之间的平衡边界。
相图通常以温度和组成为坐标轴,标明各个相的存在区域和相变条件。
相图在材料科学、能源储存、地球科学等领域中有广泛应用。
例如,在材料科学中,相图可以帮助研究者预测材料的相变温度和相变路径,为新材料的设计和合成提供依据。
在能源储存领域,相图可以指导电池、超级电容器等材料的优化设计和性能提升。
在地球科学中,相图可以帮助解释地球内部的岩石结构和物质的运移过程。
题目二:相图的实验测定方法与实践应用(500字)相图的实验测定方法是相图研究中的关键环节,其准确性和可重复性直接影响理论模型的构建和实践应用的可行性。
相图的实验测定方法涉及到温度控制、压力调节、相变观察等多个方面。
常用的相图测定方法包括差热分析法、X射线衍射法、电阻率测定法等。
差热分析法通过测量样品放热或吸热来确定相变温度和相变焓,常用于液相与固相或二相共存的情况。
X射线衍射法可以通过测量晶体的衍射图谱来确定晶格结构和相的存在情况,适用于固相体系的相图测定。
电阻率测定法则是通过测量电阻率的变化来确定相变温度和相变路径,常见于液相体系。
相图的实践应用主要涵盖了材料合成与处理、物质表征与分析、工艺优化等方面。
例如,在材料合成与处理中,通过相图的实验测定可以选择最佳的合成温度和条件,得到所需的物相结构和微观形貌。
在物质表征与分析中,相图可以帮助分析物质的分子结构、晶体形态等性质。
在工艺优化中,相图可以指导工艺参数的优化,提高工业生产的效率和产品质量。
题目三:相图的理论模型与计算方法(500字)相图的理论模型和计算方法是相图研究的重要内容,它们通过建立物质的相变平衡条件和能量平衡条件来描述相图的性质和行为。
9个二元有机物系统相图和它们共晶点的理论计算二元有机物系统是有机化学领域中最重要的部分,它涉及到相结构、性质,以及熔点等表征物质交互作用的解释。
有时需要研究9个二元有机物系统图,以及它们之间的共晶点现象。
为此,理论计算被用来对这些系统的参数进行模拟,以找出其中的联系。
一般来说,有关9个二元有机物系统图和它们共晶点的理论计算,要从两个方面考虑。
首先,研究9个二元有机物系统相图的过程,首先要确定物质的参数,例如粘度、溶解度、熔点等。
其次,需要对这些物质的参数进行系统分析和模拟,然后根据外加条件,结合相图分析,得出共晶点的值。
这一过程涉及物理模拟、外加条件变换和能量平衡的计算,是一个复杂的过程。
针对9个二元有机物系统相图的研究,研究人员可以使用质量谱分析、核磁共振谱分析和热分析等技术,来确定物质所含化合物和未分解物质的含量。
然后,按照实验结果建立数学模型,给出每个物质在不同温度、压力下的参数,包括粘度、溶解度、熔点等。
通过系统分析物质参数,可以确定9种二元有机物系统之间的共晶点情况,也可以从结构上找出它们的相互关系,最后根据模型的结果,可以得到两个不同的二元有机物系统之间的共晶点,其值可以通过实验测定。
至此,经过9个二元有机物系统相图和它们共晶点的理论计算,可以掌握二元有机物系统的基本特性,用以解释它们之间的共晶点现象,以及它们之间的相互作用机理。
因此,能够以正确的方式理解二元有机物系统的相图和它们共晶点的现象,对于更好地开发利用有机物质具有重要意义。
综上所述,经过9个二元有机物系统相图和它们共晶点的理论计算,可以深入地了解这些系统的参数结构和关联性,以后可以根据这些系统的表征,来研究有机物的性质、反应机理等情况,为有机物的开发利用提供有益的基础。
磁性合金A1-xBx相图的理论计算
张君霞
【期刊名称】《后勤工程学院学报》
【年(卷),期】2005(021)003
【摘要】采用变分累积展开方法,研究了块体磁性合金的相图.利用随机键海森堡模型计算了面心立方、体心立方的居里点和耐尔点,给出了磁性合金临界点的计算公式,进而分别给出自旋1/2和3/2情况下Tc-x相图,并加以分析.
【总页数】4页(P66-68,72)
【作者】张君霞
【作者单位】华北电力大学,科技学院,河北,保定,071003
【正文语种】中文
【中图分类】O484.4+3
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3.9个二元有机物系统相图和它们共晶点的理论计算 [J], 谢传梅;陈立溁
4.一种理论计算材料平衡相图方法的介绍 [J], 周凡
5.天然冷冻高温盐溶液制取芒硝的相图分析及理论计算 [J], 曲世潭
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系列讲座一(2009-06-30)1. 为什么模型要有空位(Va )比如二元的(Fe,Ni),在三元时间隙位置溶有第三组元C ,那么三元模型就变成(Fe,Ni)(C,Va),所以二元的模型可以修改为(Fe, Ni)Va 。
此处加Va 是为了外推的方便。
纯组元的自由能,因加入空位而自由能降低。
2. 热力学函数G(T, P),H(P,S) 等当一个体系达到平衡时 ∑=ββG n G min (体系的自由能达到最低值) 3. 平衡条件——自由能最低A .e.g.B .对于一个简单的共晶体系,体系的自由能ββααG n G n G nG L L ++=C .化学势的定义式 ααααμBn A A n G )(∂∂=系列讲座二(2009-07-02)1. 相平衡时,混合自由能最低证明一:化学势的定义式ααααμBn A A n G )(∂∂=∑=ααG n Gp j k k j k k n jk x k n j jj j j n x x G n G n G n G n G n G n n n G )()()(,,∂∂∂∂=∂∂∂∂+=∂∂+∂∂=∂∂≠≠∑∑∑ααααααααα nnn n x k j k k ==∑ 其中,⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡∂∂-∂∂=∂∂≠≠j p p jp p p n jkn jkn j k n n n n n n n n x ,,21)([]k ij n n n-=δ21=ij δkj kj ≠=01G αG β[]k ij x n-=δ1∴∑∑∑===∂∂-∂∂+=∂∂-∂∂+=ck kkj c k k k ij ck k j x G x x G G x G x x G G 111αααααααδμ 证明二:平衡时βαμμA A =ββααG f G f G +=101002121112111=-+=-+=--=--ββααββααββααx x x x x f x f x x f x f x 条件极值令)1()1()()(212111221111-++-++--+--++=βββαααββααββααββααφφλλx x x x x f x f x x f x f x G f G f L其中未知数有βαββααβαφφλλ,,,,,,,,,212121x x x x f f )6(0)5(0)4(0)3(0)2(0)1(022222211111122112211 =+-∂∂=∂∂=+-∂∂=∂∂=+-∂∂=∂∂=+-∂∂=∂∂=--=∂∂=--=∂∂ββββββααααααββββββααααααββββααααφλφλφλφλλλλλf x G f x L f x G f x L f x G f x L f x G f x L x x G fL x x G f Lαααf x x ⨯-⨯+⨯)1()5()3(21:02211=-+∂∂+∂∂αααααααααφG f x G f x x G f x 所以,⎥⎦⎤⎢⎣⎡-∂∂+∂∂-=αααααααφG x G x x G x f 2211 (7)根据(3)式又有:⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-∂∂-=12λφαααααf x G f ,联立(3), (7)式有: ααααααααμλ2222111=∂∂+∂∂-∂∂-=x G x G x x G x G (8) 根据(5)式有:⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-∂∂-=22λφαααααf x G f ,同理可得 则 1222112λλααααααα=∂∂+∂∂-∂∂-=x G x G x x G x G用相同的方法,我们又可以得到:ααααααααμλ1122111=∂∂+∂∂-∂∂-=x G x G x x G x G所以,ααμμ21=系列讲座三(2009-07-03)1. 吉布斯自由能模型a. 单质元素()()()++++++++=-=--97132,0,0ln hTgT fT eT dTT cT bT a T GH T G T G iSER i i i φφφb. 无序溶体模型()()nxx V VL x x x x x Lx x GG x x RT Gx G lj i p p k k nl j i l j i lj i k kk lj i nj i i i mk kjik j i j i ex ex n ii i n iii ∑∑∑∑∑∑∑=≠≠==≠==-+=+-=++=,,)(1,,,,)(1,0),(,,,01ln φφφφc. 线性化合物模型f ni i i G G x G +=∑=1,0φ f G 为摩尔反应吉布斯自由能d. 化合物能量模型()()()()()∑∑∑∑-===++===vvjq i p v r q p r q p li mp i pi pi ids q p l s j q i p ref exid ref y y L L yy f G G y y y G G G G G :,:,11:::ln为组元为点阵数s q p l ,,,2. 零相分数线和相边界a .什么是零相分数线(Zero Phase Fraction ZPF)如图红色实线所示,在线上α相的相分数为0,就叫做α相的零相分数线。
由图也可以看出,相图中的相边界本质就是零相分区线,相图是由各个相的零相分区线构成的。
3. 三元相图中的两相杠杆定理*x 处由杠杆定理ββααx f x f x +=*,取5.0=αf 的意思是α相始终占组成的一半,在相图中这种情况的表示为:三元相图中的两相杠杆定理利用Pandat 软件可以将三元相图的两项杠杆线画出来:如图x *x βx αx BTβ α γf α = 0.5f α = 0x BTβαγAl-Mg-Cu 三元相图中,从绿线由杠杆定理可以判断相组成,也可以截取红线处的垂直截面图进行观察,如图:x(Mg)0.00.00.20.40.60.81.0T [K ]x(Al)5006007008009001000110012000.00.10.20.30.40.50.6T [K ]x(Cu)5006007008009001000110012000.00.10.20.30.40.50.60.7系列讲座四(2009-07-07)1. Chemical potentials Equilibrium ConditionφφφμμμT T T P P P jj j ========= 212121 Chemical Potentials()jjj j j j P RT P T ln ,+==*μμμμStandard Reference Pressure —Every species has the same reference pressure.0P —reference pressure, 1atm()00,P P T j j j ==μμ So, Chemical Potentials: 00ln PP RT j j j +=μμTotal and External Pressurestotal P —total pressure of gas external P —external pressure At equilibrium externaltotal P P =Molar Fraction of Speciestotj j P P y =∑==sj j totP P111=∑=sj jyNow the Chemical Potentials can be expressed as:external()()jjj j tot j j tot j jj j j y RT pas P RT y RT atm P RT P P RT P P RT P P P P RT P P RT ln 101325ln ln ln ln ln ln lntot 0tot00tot 00tot 00++=++=++=⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=+=μμμμμμExampleatm P O 2.02= atm P N 7.02=atm P P P N O tot 9.022=+=9.02.02=O y 9.07.02=N y 2.0ln 9.02.0ln 9.0ln ln ln 00022222RT RT RT y RT P RT O O O tot O O +=++=++=μμμμ 7.0ln 9.07.0ln 9.0ln ln ln 022222RT RT RT y RT P RT N N Ntot N N +=++=++=μμμμInert Gas SpeciesWhy do we need inert gas species? a .Difficulty to maintain low pressureb .Species partial pressures may be determined by the condensed phases Exampleatm P O 2.02= atm P N 7.02=atm P P P P Ar N O tot 0.122=++=2.02=O y 7.02=N y 1.0=Ar y2.0ln 2.0ln 0.1ln ln ln 00022222RT RT RT y RT P RT O O Otot O O +=++=++=μμμμ 7.0ln 7.0ln 0.1ln ln ln 0022222RT RT RT y RT P RT O O Otot O O +=++=++=μμμμ(Unchanged the chemical potentials)Gibbs EnergyExample: Al-OAlO Al O tot P P P P ++=2222ln ln 0O tot O O y RT P RT ++=μμAl tot Al Al y RT P RT ln ln 0++=μμAlO tot AlO AlO y RT P RT ln ln 0++=μμAlO AlO Al Al O O gas y y y G μμμ++=22When atm P P P P AlOAl O tot 5102-=++=,When atm P P P P AlO Al O tot 0.12=++=,When atm P tot 0.1=, but keep atm P P P AlO Al O 5102-=++22222ln ln1 O O O O O RT P RT μμμμ=+=+=212O μ22225ln ln10O O O O RT P RT μμμ-=+=+212O μ212O μ2. Binary system①如图所示一个简单的二元共晶相图,其各相的吉布斯自由能曲线如右图所示。