王婷婷 內(nèi)蒙古科技大學(xué)／包頭西土研究所

喻大華 內(nèi)蒙古科技大學(xué)

隋意 包頭稀土研究院

稀土合金熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)的開(kāi)發(fā)及其在材料設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

王婷婷 內(nèi)蒙古科技大學(xué)／包頭西土研究所

喻大華 內(nèi)蒙古科技大學(xué)

隋意 包頭稀土研究院

在現(xiàn)代社會(huì)當(dāng)中，稀土合金的作用越來(lái)越明顯，給社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了巨大的推動(dòng)作用，因此在此種情況下，就需要充分的對(duì)稀土合金的熱力學(xué)進(jìn)行研究，在材料設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中和現(xiàn)階段的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)連接，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)稀土熱力學(xué)的詳細(xì)分析。在本文當(dāng)中首先對(duì)稀土化合物進(jìn)行了概述；其次對(duì)在稀土合金化合物的基礎(chǔ)上進(jìn)行建立的數(shù)據(jù)庫(kù)做出了分析和研究；最后對(duì)稀土合金化合物熱力學(xué)在材料設(shè)計(jì)當(dāng)中的應(yīng)用進(jìn)行了研討。

稀土合金 熱力學(xué) 數(shù)據(jù)庫(kù) 材料設(shè)計(jì)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)的資源需求也在不斷的提升，因此在我國(guó)的不斷發(fā)展當(dāng)中，需要對(duì)我國(guó)的資源進(jìn)行全方位的利用。在我國(guó)的稀土資源當(dāng)中，占據(jù)著相當(dāng)重要的地位，因此需要在不斷的挖掘研究當(dāng)中和現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)其材料的相關(guān)設(shè)計(jì)，保證稀土合金資源可以得到充分的利用，推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展。

1 稀土化合物

在稀土化合物的表示當(dāng)中，元素是元素周期表中錮系等種元素總稱。其中稀土可以說(shuō)是典型的金屬元素，其中的金屬活潑性是僅次于堿金屬和堿土金屬元素的，但是要比其他金屬元素活潑。另外，在稀土元素的應(yīng)用當(dāng)中，可以充分的和氮、碳、磷等化學(xué)元素等發(fā)生反應(yīng)并且易溶于鹽酸、硫酸和硝酸中。在此種情況下，稀土元素及其化合物具有許多優(yōu)異的獨(dú)特性質(zhì)、如磁學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)、電性質(zhì)、核性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)等，因此在應(yīng)用方面得到了廣泛的應(yīng)用，比如電子、信息、石油化工、冶金、機(jī)械、能源、輕工、環(huán)保、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。

2 稀土合金化合物數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行稀土合金化合物的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)當(dāng)中，需要對(duì)稀土合金化合物相關(guān)特性做出全面的了解和分析，最終通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析和研究，來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)和模型的模擬計(jì)算，為之后的稀土合金的化合物提供相當(dāng)可靠的理論研究和必要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。其中根據(jù)稀土以及其合金化合物的相關(guān)特點(diǎn)以及應(yīng)用范圍等，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行研發(fā)，可以分為五個(gè)方面的內(nèi)容，分別是稀土熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以提供熱力學(xué)數(shù)據(jù)；稀土物理性質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以提供電、磁、聲、光方面的性能數(shù)據(jù)；稀土結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以提供晶格參數(shù)、結(jié)晶形態(tài)等結(jié)構(gòu)參數(shù)；稀土相圖數(shù)據(jù)庫(kù)，可以提供平衡圖等相關(guān)相圖；稀土工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以提供提煉、提純以及重要稀土材料及其典型化合物的制備工藝流程、工藝參數(shù)。在對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的框架設(shè)計(jì)當(dāng)中，根據(jù)實(shí)際的情況分為數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)維護(hù)、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)的繪制以及過(guò)程的模擬等，其中數(shù)據(jù)庫(kù)框架如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)庫(kù)框架示意圖

在熱力學(xué)當(dāng)中，可以實(shí)現(xiàn)冶金化學(xué)過(guò)程研究，提供了主要的實(shí)踐理論。并且由于其獨(dú)特性，從而可以為冶金和化學(xué)過(guò)程的研究提供相當(dāng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摶A(chǔ)。在現(xiàn)實(shí)生活當(dāng)中，需利用熱力學(xué)進(jìn)行研究的地方也是很多，因此需要利用數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的相關(guān)存儲(chǔ)。

3 稀土合金化合物熱力學(xué)在材料設(shè)計(jì)當(dāng)中的應(yīng)用

在數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，利用到多層體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，主要是對(duì)模式的綜合應(yīng)用，并且可以實(shí)現(xiàn)在模式的基礎(chǔ)上進(jìn)行機(jī)制的研究，在本文當(dāng)中，對(duì)三層模式的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐漸轉(zhuǎn)換成為多層體系結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 多層體系結(jié)構(gòu)示意圖

在對(duì)熱力學(xué)進(jìn)行研究的時(shí)候，需要科學(xué)的把握方向和限度，從而對(duì)各種的因素造成的影響反應(yīng)進(jìn)行研究。在對(duì)稀土合金化合物的材料設(shè)計(jì)和研究過(guò)程當(dāng)中，需要保持多種元素和所相的體系支撐，保證參與到其中的物質(zhì)的存在形式主要是溶液或熔體的形式存在。因此在進(jìn)行稀土合金化合物數(shù)據(jù)庫(kù)的研究當(dāng)中，需要充分的對(duì)某一種物質(zhì)的單質(zhì)或者化合物在某一種形態(tài)之下做形成的熱力學(xué)數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并且還要對(duì)其中的能量轉(zhuǎn)換和傳遞進(jìn)行充分的研究。

在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)值的計(jì)算當(dāng)中，首先利用計(jì)算機(jī)來(lái)對(duì)用戶給出的資料進(jìn)行判斷，從而才能實(shí)現(xiàn)根據(jù)用戶的要求進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的熱力學(xué)的數(shù)據(jù)計(jì)算，最終在化學(xué)反應(yīng)的原理下保持平衡的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)最外層電子反應(yīng)物之間的得失總數(shù)相等的轉(zhuǎn)臺(tái)。在對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的詳細(xì)模塊的設(shè)計(jì)當(dāng)中，保證其在實(shí)際應(yīng)用的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，從而對(duì)稀土合金化學(xué)物的相關(guān)參數(shù)做出全方位的了解計(jì)算和存儲(chǔ)。

綜上所述，熱力學(xué)屬于一種對(duì)自然現(xiàn)象進(jìn)行總結(jié)的一門學(xué)科，需要對(duì)冶金以及化學(xué)過(guò)程進(jìn)行充分的理論研究，因此在熱力學(xué)的研究當(dāng)中應(yīng)用到了很多相關(guān)的數(shù)據(jù)，在此種情況下，就需要建立起稀土合金熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)，來(lái)充分的發(fā)揮我國(guó)稀土資源的優(yōu)勢(shì)，最終實(shí)現(xiàn)推動(dòng)我國(guó)的稀土工業(yè)的發(fā)展目標(biāo)。

[1]劉興軍,張紅玲,王書亮等.RE-X二元合金相圖的熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)[J].中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào),2011,21(4):865-874

[2]劉興軍,張紅玲,王書亮等.RE-X二元合金相圖的熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立[C].2010中國(guó)材料研討會(huì)論文集.2010:1-15

[3]甘世溪,劉興軍,王翠萍等.Sn-RE二元相圖熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立[C].//第5屆海內(nèi)外中華青年材料科學(xué)技術(shù)研討會(huì)暨第13屆全國(guó)青年材料科學(xué)技術(shù)研討會(huì)論文集.2011:847-852