31 化合物的能量性质 - 有色金属科学与工程.doc

第一性原理计算在相图计算中的应用研究进展 李琴(，，叶信宇， （江西理工大学冶金与化学工程学院，江西 赣州 341000江西） 摘 要：Calculation of Phase Diagram, CALPHAD)是冶金、化工、材料设计等各个领域的重要研究工具，随着传统材料体系的研究深入和新材料体系的不断被发现，相关的相图和热力学实验数据匮乏基于电子层面的第一性原理计算(First-principles Calculations)，可以从体系基态性质出发，研究亚稳相、金属间化合物的结构合金的稳定性本文关注了近年来第一性原理计算在CALPHAD技术当中的应用研究进展，从，，等方面进行了阐述。 CALPHAD；第一性原理计算；；结构和性质；缺陷生成能 中图分类号：TG113.14 文献标志码：A Application progress of first-principles calculations in CALPHAD technology LI Qin，，YE Xinyu，in1 (1.School of Metallurgy and Chemistry Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, China; 2. National Engineering Research Center for Ionic Rare Earth, Ganzhou 341000, China ) Abstract: CALPHAD(Calculation of Phase Diagram) technology plays an important role in the fields of metallurgy, chemical engineering and material design. Phase diagram and thermodynamics data are really rare with the further development of traditional materials and discovery of new compounds. First-principles calculations from electronic level boost the promotion of CALPHAD technology because they can study the properties of ground-state, the structure of metastable phase and intermediate compound and the stability of alloys. In the present paper, the application progress of first-principles calculations in CALPHAD technology is summarized. The calculations of energy properties of the compound, phase diagram and dynamical properties are demonstrated. Key words: CALPHAD; first-principles calculations; energy properties; phase diagram；ynamical properties 0 引 言 相图是体系处于热平衡条件下的几何描述，是研究凝固、相变、晶体生长、固态相变的基础，能够为材料设计提供重要的结构和性能方面的指导[1]。根据相图所提供信息，可以对材料进行主动设计，从而脱离了过去被动应用材料的阶段，我国无机非金属材料专家郭景坤院士曾预言，材料设计将成为未来六大发展领域之一[2]。 世纪70年代以来，相图与热化学的计算机耦合即相图计算CALPHAD（Calculation f Phase Diagram）[3]技术迅速崛起，成为研究相图的一种新趋势[4-8]CALPHAD技术避免了传统实验测定所带来的工作量大、耗时长、所得数据不准确等问题，利用热力学和相图的自洽一致性检验相图，由此一大批的二元、三元以至更多元相图的准确性得到了大幅度的提高。然而，CALPHAD技术也存在以下弱点：依赖于实验获得的数据进行计算；无法计算平衡条件下亚稳相、金属间化合物的结构和合金的稳定性；且由于传统数据库中热力学数据匮乏，使得优化相图范围有限，对于很多新发现的体系或化合物，往往找不到相关热力学数据用于CALPHAD计算。 随着第