Ab initio výpočty fázové stability vícesložkových slitin
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Ab initio metody jsou metody vycházející z ryze teoretických poznatků kvantové fyziky, které lze použít k predikci fyzikálních, chemických, mechanických a mnohých dalších vlastností materiálů. Vzhledem k rapidnímu nárůstu dostupnosti výpočetních zdrojů v posledních desetiletích se stala teoretická predikce vlastností nedílnou součástí designu nových materiálů. Tato práce se zaměřuje na teoretickou predikci fázové stability a rozpustnosti tuhých roztoků. Ab initio výpočty byly provedeny na základě teorie funkcionálu hustoty s využitím projektovaných přidružených vln a teplotní závislosti termodynamických veličin byly získány pomocí fononových výpočtů a Monte Carlo simulací. Pozornost je v této práci věnována několika slitinám zejména na bázi hliníku, stříbra a hořčíku, které byly zkoumány za účelem zjištění spolehlivosti predikce rozpustnosti v pevné fázi. Výpočet stability tuhých roztoků byl proveden vícekrát různými metodami se zahrnutím různých příspěvků k celkové energii jednotlivých soustav za účelem určení vlivu jednotlivých příspěvků a metod na přesnost predikce. Rozpustnosti jsou porovnány s experimentálními daty, které byly zprostředkovány metodou CALPHAD.
Ab initio methods are based on purely theoretical findings of quantum physics that can be used to predict among others physical, chemical and mechanical properties of materials. Due to rapid increase in accessibility of computational resources in the recent decades the theoretical prediction of material properties became an integral part of materials design. This work is focused on theoretical prediction of phase stability and solubility of solid solutions. Ab initio calculations based on Density Functional Theory were performed using Projector-Augmented Waves method and thermal dependencies of thermodynamic quantities were obtained using phonon calculations and Monte Carlo simulations. Attention is paid to alloys mainly based on aluminium, silver and magnesium, which were investigated in order to assess the reliability and precision of theoretical predictions of solubility in the solid state. Phase stability of solid solutions was evaluated multiple times including different energy contributions and using various methods in order to determine the influence of each contribution and method on the prediction accuracy. Calculated solubilities are compared with experimental data provided using the CALPHAD method.
Ab initio methods are based on purely theoretical findings of quantum physics that can be used to predict among others physical, chemical and mechanical properties of materials. Due to rapid increase in accessibility of computational resources in the recent decades the theoretical prediction of material properties became an integral part of materials design. This work is focused on theoretical prediction of phase stability and solubility of solid solutions. Ab initio calculations based on Density Functional Theory were performed using Projector-Augmented Waves method and thermal dependencies of thermodynamic quantities were obtained using phonon calculations and Monte Carlo simulations. Attention is paid to alloys mainly based on aluminium, silver and magnesium, which were investigated in order to assess the reliability and precision of theoretical predictions of solubility in the solid state. Phase stability of solid solutions was evaluated multiple times including different energy contributions and using various methods in order to determine the influence of each contribution and method on the prediction accuracy. Calculated solubilities are compared with experimental data provided using the CALPHAD method.
Description
Keywords
ab initio, fázová stabilita, stabilita tuhých roztoků, křivky rozpustnosti, fononové výpočty, cluster expansion, Monte Carlo simulace, strojové učení, force-field potenciál, ab initio, phase stability, solid solutions stability, solubility curves, phonon calculations, cluster expansion, Monte Carlo simulations, machine learning, force-field potentials
Citation
FIKAR, O. Ab initio výpočty fázové stability vícesložkových slitin [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. .
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Fyzikální a materiálové inženýrství
Comittee
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (předseda)
doc. RNDr. Pavel Brož, Ph.D. (člen)
prof. Mgr. Miroslav Černý, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Miroslav Bartošík, Ph.D. (člen)
doc. Mgr. Jana Pavlů, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
Defence
Hlavním přínosem práce je podrobné stadium a rozsáhlý soubor získaných dat pro teoretické určení teplotní závislosti rozpustnosti GE v Al. K tomu byla aplikována celá řada výpočetních metod včetně strojového učení. Z práce vyplynuly další výzvy pro budoucí výzkum řešené problematiky.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení