Ein physikalisch konsistente Methode zur Implementierung von Volumeigenschaften in Calphad-type thermodynamische Beschreibungen von Legierungen

• Antragsteller: Dr. Michael H.G. Jacobs
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 163415057

Dieses Projekt ist eine Fortsetzung der Entwicklung eines physikalisch konsistenten Formalismus, um Volumeneigenschaften im Calphad-Typ thermodynamischen Beschreibungen zu implementieren.In der ersten Förderperiode haben wir einen Formalismus für den kompletten P,T-Stabilitätsbereich fester Materialien entwickelt, der in multi-disziplinären Bereichen der Naturwissenschaften, wie Metallurgie, Mineral-Physik, Hochdruck Wissenschaft angewendet werden kann. Dieser Formalismus ermöglicht die Einbeziehung mikroskopischer Eigenschaften aus ab-initio-Vorhersagen, wie VDOS und Grüneisen-Parameters, die thermodynamische Analysen der experimentellen Daten deutlich verbessern. Software-Code wurde entwickelt, um den Einbau dieses robusten Formalismus in industriell eingesetzter Thermodynamik-Standardsoftware, wie ThermoCalc, FactSage und Pandat zu erleichteren.Um die Möglichkeiten der Anwendung dieser Methode zu erweitern, werden mechanische Eigenschaften, beschrieben durch die elastischen Moduli, aufgenommen. Dies erfolgt durch die Implementierung eines neu entwickelten Formalismus, der die Anisotropie der Spannung berücksichtigt, und bereits erfolgreich auf Silikat-Materialien angewendet worden ist. Wegen seiner Wichtigkeit hinsichtlich industrieller Anwendungen z. B. in den Bereichen Dentalguss, Legierungen, elektrische Kontakte haben wir das System Ag-Al-Au-Cu-Pd-Pt-Fe-Ni ausgewählt. Außerdem liegt eine reichhaltige Menge experimenteller Daten vor, anhand derer die Methode genau überprüft werden kann. Dennoch ist es unser Ziel, die Methode auf beliebige Systeme anwenden zu können. Basierend auf den Erfahrungen in der ersten Förderperiode werden wir die Methode zunächst auf intermetallische Phasen des Systems Au-Cu in denen Ordnungsstrukturen vorhanden sind, anwenden. Die Einbeziehung der mechanischen Eigenschaften wird unsere Methode für die Anwendung auf Feststoffe vervollständigen. In der ersten Förderperiode haben wir festgestellt, dass eine zuverlässige Methode zur Berechnung von thermodynamischen Eigenschaften für flüssige Phasen fehlt. Basierend auf den Erkenntnissen für feste Materialien soll eine neue Methode entwickelt werden, so daß auch Probleme mit flüssigen Phasen bearbeitet werden können. Dazu soll ein Formalismus entwickelt werden, der auf dem Verschwinden der transversalen Schwingungsmoden in Flüssigkeiten beruht. Wir werden weiterhin den Formalismus derart entwickeln, daß die Parametrisierungen von thermodynamischen Eigenschaften bei 1 bar Druck in Calphad-Datenbanken, unverändert lässt. Basierend auf dem Wissen in der ersten Förderperiode integrieren wir in diesen Formalismus zusätzliche Constraints bzgl. des Verhaltens des Kompressionsmoduls im P,T-Stabilitätsbereich. Unsere Ziel ist die routinemäßige Verwendung dieser Methode in Kombination mit dem robusten Verfahren für Feststoffe, um thermodynamische Eigenschaften im P,T-Stabilitätsbereich zu berechnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Niederlande
• Beteiligte Personen: Professor Dr. Arie van den Berg; Professor Dr.-Ing. Rainer Schmid-Fetzer; Professor Dr. Marcel H.F. Sluiter