Computergestützte Materialwissenschaft

Welche Aussage über die CALPHAD-Methode trifft zu?

  1. AEin Verfahren, das die Schrödinger-Gleichung der Elektronen bei jeder Temperatur und Zusammensetzung direkt löst und Zustandsdiagramme von Mehrstoffsystemen ganz ohne Messwerte und thermodynamische Modelle von Grund auf bestimmt
  2. BEin Verfahren, das Modelle der Gibbs-Energie jeder Phase an Messwerte und andere Daten anpasst und das Zustandsdiagramm aus der Phasenkombination mit minimaler Gesamt-Gibbs-Energie berechnet
  3. CEin Verfahren, das lediglich Liquidus- und Soliduslinien gemessener binärer Zustandsdiagramme passend zur Zusammensetzung von Mehrstoffsystemen interpoliert und verbindet, ganz ohne thermodynamische Modelle
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Lösung: B. Ein Verfahren, das Modelle der Gibbs-Energie jeder Phase an Messwerte und andere Daten anpasst und das Zustandsdiagramm aus der Phasenkombination mit minimaler Gesamt-Gibbs-Energie berechnet

Bei der CALPHAD-Methode (CALculation of PHAse Diagrams) wird die Gibbs-Energie jeder Phase, etwa der Schmelze, von Mischkristallen und Verbindungen, als Summe eines Terms der reinen Stoffe, eines Terms der idealen Mischung und eines Exzessterms für die Wechselwirkungen dargestellt. Die Parameter werden so bestimmt, dass sie zu Messwerten wie Zustandsdiagrammen, Wärmekapazitäten und Mischungswärmen sowie zu in Ab-initio-Rechnungen bestimmten Bildungsenergien passen, und in thermodynamischen Datenbanken zusammengefasst. Bestimmt man bei gegebener Temperatur und Zusammensetzung die Phasen und Zusammensetzungen, bei denen die Gibbs-Energie des Gesamtsystems minimal ist, lassen sich Zustandsdiagramme und Phasenanteile berechnen. Elektronengleichungen zu lösen, ist Sache der Ab-initio-Rechnung; die CALPHAD-Methode verwendet deren Ergebnisse als eine ihrer Eingangsgrößen. Da sie nicht die Linien des Zustandsdiagramms interpoliert, sondern thermodynamische Modelle verwendet, kann sie auch auf Temperaturen und Zusammensetzungen ohne Messdaten extrapolieren.

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