CALPHAD법의 뜻
각 상의 깁스 에너지를 온도와 조성의 함수로 모델링하고, 실험값 등에 맞춘 데이터베이스로부터 다원계의 상태도나 상 분율을 계산하는 방법.
일본어 명칭: CALPHAD法
‘CALPHAD법’ 관련 연습 문제는 1개 분야에 2문제가 있습니다(계산 재료과학 등).
이 용어의 분야: 계산 재료과학
CALPHAD법 연습 문제에 도전
CALPHAD법에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
- A전자의 슈뢰딩거 방정식을 각 온도와 조성에서 직접 풀어, 실험값도 열역학 모델도 전혀 사용하지 않고 다원계 상태도를 처음부터 구하는 방법
- B각 상의 깁스 에너지 모델을 실험값 등에 맞추어 정하고, 전체 깁스 에너지가 최소가 되는 상의 조합으로부터 상태도를 구하는 방법
- C실험으로 구한 이원계 상태도의 액상선이나 고상선을 다원계의 조성에 맞추어 내삽하여 잇기만 하는 방법으로, 열역학 모델은 계산에 전혀 사용하지 않는다
정답과 해설 보기
정답: B. 각 상의 깁스 에너지 모델을 실험값 등에 맞추어 정하고, 전체 깁스 에너지가 최소가 되는 상의 조합으로부터 상태도를 구하는 방법
CALPHAD(CALculation of PHAse Diagrams)법에서는 액상, 고용체, 화합물 등 각 상의 깁스 에너지를 순물질 항, 이상 혼합 항, 상호 작용을 나타내는 과잉 항의 합으로 나타냅니다. 그 파라미터를 상태도, 열용량, 혼합열 등의 실험값이나 제일원리 계산으로 구한 형성 에너지에 맞도록 정하여 열역학 데이터베이스로 정리합니다. 주어진 온도와 조성에서 계 전체의 깁스 에너지가 최소가 되는 상과 조성을 구하면 상태도나 상분율을 계산할 수 있습니다. 전자의 방정식을 푸는 것은 제일원리 계산이며, CALPHAD법은 그 결과를 입력의 하나로 사용합니다. 상태도의 선을 내삽하는 것이 아니라 열역학 모델을 사용하므로 실험이 없는 온도나 조성으로도 외삽할 수 있습니다.
10종류 가까운 원소를 포함하는 Ni기 초내열합금이나 강에서 CALPHAD법을 사용하여 석출하는 상과 그 분율을 예측한다. 그 사고방식과 주의점의 조합으로 옳은 것은 무엇인가?
- A다원계의 모든 조성의 실험값을 데이터베이스에 넣어 두었으므로 외삽은 하지 않으며, 계산 결과는 반드시 실제 조직과 일치한다
- B다원계의 깁스 에너지는 순물질의 값만으로 결정되므로 이원계나 삼원계의 평가는 필요 없다
- C주로 이원계와 삼원계에서 평가한 파라미터를 조합하여 다원계의 깁스 에너지를 외삽한다. 얻어지는 것은 평형 상태이며, 평가 범위를 벗어난 조성에서는 정밀도가 떨어진다
정답과 해설 보기
정답: C. 주로 이원계와 삼원계에서 평가한 파라미터를 조합하여 다원계의 깁스 에너지를 외삽한다. 얻어지는 것은 평형 상태이며, 평가 범위를 벗어난 조성에서는 정밀도가 떨어진다
다원계의 모든 조성에서 실험하는 것은 불가능하지만, 깁스 에너지 모델을 사용하면 이원계와 삼원계에서 정한 파라미터를 조합하여 다원계의 값을 외삽할 수 있습니다. 사원계 이상의 상호 작용은 작다고 보고 생략하는 경우가 많으며, 이 사고방식으로 실용 합금의 액상선 온도, 석출상의 종류와 분율, 고용 한도 등을 예측할 수 있어 합금 설계의 시행착오를 크게 줄일 수 있습니다. 다만 얻어지는 것은 열역학적 평형 상태로, 실제 조직이 평형에 도달하는지 여부나 변태 속도는 알 수 없습니다. 속도를 다루려면 확산 이동도 데이터나 석출 속도론 계산을 조합합니다. 순물질의 값만으로는 성분 간의 상호 작용을 나타낼 수 없습니다.
해설 속의 ‘CALPHAD법’
CALPHAD(CALculation of PHAse Diagrams)법에서는 액상, 고용체, 화합물 등 각 상의 깁스 에너지를 순물질 항, 이상 혼합 항, 상호 작용을 나타내는 과잉 항의 합으로 나타냅니다.
CALPHAD법에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
‘CALPHAD법’ 관련 문제(2문제)
관련 용어
깁스 에너지 밀도 범함수 이론 Ni기 초내열합금 머티리얼즈 인포매틱스 몬테카를로법 분자 동역학법 원자 간 퍼텐셜 유한 요소법 페이즈 필드법