选择材料组合物和设计具有目标特性的材料的方法技术

技术编号:13447796 阅读:67 留言:0更新日期:2016-08-01 14:38
本公开技术涉及选择材料组合物和/或设计合金的方法。在一个方面中,选择具有目标特性的材料组合物的方法包括接收包括多种材料的热力学相位数据的输入。该方法另外包括通过计算设备从热力学相位数据提取对应于每种材料的多个热力学量。预先确定提取的热力学量与和材料的物理特性相关的微结构具有相关性。该方法另外包括将提取的热力学量储存在计算机可读介质中。该方法还包括使用计算设备电子挖掘储存的热力学量以基于与目标特性相关联的热力学量的至少一个子集的比较排列材料的至少一个子集。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求提交于2013年12月18日的美国临时申请号61/917,845和提交于2013年10月10日的美国临时申请号61/889,413的益处,通过参考将这二者整体并入本文。背景专利
在一些实施方式中,该公开的技术涉及设计材料,和更具体地涉及使用热力学相图设计合金。该公开的技术还涉及选择材料组合物,和更具体地涉及通过使用由热力学相位数据提取的热力学量(thermodynamicquantity)选择具有目标特性的材料组合物。
技术介绍
选择用于制造的具有目标特性的材料通常需要制造商对与目标特性相关的微结构和/或纳米结构具有一定了解。对于一些材料系统,平衡热力学可用于预测在平衡条件下材料系统中各种相的存在。例如,平衡相图可用于描述物理条件,在该物理条件下材料系统的各种平衡相可以是稳定的,并且在该物理条件下一些平衡相可以共存。但是,相图——尤其是对于具有至少与相一样多(例如大于四种)的元素的材料系统——的生成通常是计算密集型的。另外,当比较许多材料系统用于设计材料系统时,相图的计算和比较在计算和人力资源二者方面可能是成本过高的。此外,有用信息的提取(extraction)通常涉及技术人员来解释图示,其也可能是耗时的。此外,虽然热力学相图提供平衡相信息,但是它们可能不一定与存在的实际相相关联,因为相图不包含与相形成的动力学相关的信息和/或与涉及材料微结构的能量学(energetics)相关的信息。虽然动力学和/或微结构信息可使用物理和微结构分析技术——比如例如电子束和X-射线成像——和组合物分析技术收集,但是这种技术通常也是耗时的和/或成本过高的。在制造环境中,为了选择具有目标特性的材料组合物,材料设计者通常可分析图形相图以确认可能是期望的平衡相,基于该分析合成有限数目的样品,并且随后在选择用于制造的待扩大生产的材料组合物之前进行物理分析,比如电子显微镜和组合物分析。这样的系列加工可能是过于昂贵和耗时的,因为材料设计者要参与每个图形相图和/或物理分析数据的分析以验证合成的样品是否真的具有期望的量和期望的微结构形式的期望相,尤其是当材料系统复杂(例如,具有超过四个元和相)和评估许多组合物(例如,数百或数千)的若干目标特性时。因此,需要至少部分计算机执行的高通量方法用于选择具有目标特性的材料,使得在整个选择过程的一些部分中,可以降低和完全消除材料设计者的参与。
技术实现思路
在一个方面中,选择具有目标特性的材料组合物的方法包括接收包括多种材料的热力学相位数据的输入。该方法另外包括通过计算设备从热力学相位数据提取对应于每种材料的多个热力学量。预先确定提取的热力学量与和材料的物理特性相关的微结构具有相关性。该方法另外包括将提取的热力学量储存在计算机可读介质例如非瞬时计算机可读介质中。该方法还包括使用计算设备电子挖掘(mine)储存的热力学量以基于与目标特性相关联的热力学量的至少一个子集的比较排列(rank)材料的至少一个子集。在另一方面中,材料组合物选择装置包括热力学相位数据提取模块,其配置为接收包括多种材料的热力学相位数据的输入并且配置为通过计算设备由其提取对应于每种材料的多个热力学量。包括处理器的计算设备也可为材料组合物选择装置的一部分。预先确定提取的热力学量与和材料的物理特性相关的微结构具有相关性。该装置可另外包括储存模块,其包括在其上储存提取的热力学量的非瞬时或非瞬时介质。该装置还包括电子数据挖掘模块,其配置为使用计算设备电子挖掘储存的热力学量以基于与目标特性相关联的热力学量的至少一个子集的比较排列材料的至少一个子集。在又另一方面,非瞬时计算机可读介质包括储存在其上的当执行时使计算设备执行下述步骤的指令:接收包括多种材料的热力学相位数据的输入;通过计算设备从热力学相位数据提取对应于每种材料的多个热力学量,其中预先确定提取的热力学量与和材料的物理特性相关的微结构具有相关性;将提取的数值量储存在计算机可读介质中;和使用计算设备电子挖掘储存的热力学量以基于与目标特性相关联的热力学量的至少一个子集的比较排列材料的至少一个子集。在又另一方面,提供设计材料或合金的方法,例如用于设计具有目标特性的材料的方法。该方法包括使用包括逻辑电路的处理器计算多种材料或合金的热力学相图。该方法另外包括由相图提取对应于多种材料或合金中的每种的数值热力学量。该方法还包括将数值量储存在电子数据库中。该方法还包括用处理器电子挖掘电子数据库或储存的数值量以排列材料或合金。排列可基于不同合金组合物的数值量的比较,或排列可基于每种材料的数值量的至少一个子集针对对应于目标特性的材料设计标准的比较。在上述方法的一些实施方式中,计算热力学相图以确定作为温度函数的热力学稳定相的平衡摩尔分数。在一些实施方式中,提取步骤基于一组预先确定的热力学评估标准。提取热力学量可包括提取至少一个热力学稳定相的固化温度。提取热力学量可包括提取由第一相至第二相的相变温度。提取相变温度可包括提取温度,在该温度下作为温度函数的第一相的摩尔分数的第一变化率是负的和作为温度函数的第二相的摩尔分数的第二变化率是正的。提取热力学量包括提取在约0℃和150℃之间的温度下的至少一个热力学稳定相的平衡摩尔分数。提取热力学量可包括提取熔融温度,其中提取熔融温度包括提取温度,在该温度下至少一个热力学稳定相的摩尔分数的第一变化率是负的和作为温度函数的液相的摩尔分数的第二变化率是正的。在上述方法的一些实施方式中,电子挖掘可包括基于至少两个热力学稳定相的固化温度的比较排列材料或合金。电子挖掘可包括基于由第一相至第二相的相变温度与第三相的固化温度的比较排列材料或合金。在上述方法的一些实施方式中,储存数值量可包括储存在耦联至处理器的非易失性存储器中。储存数值量可包括储存在耦联至处理器的易失性存储器中。储存数值量可包括储存在可移动存储器介质中。在上述方法的一些实施方式中,材料或合金的特性可包括微结构特性。该方法可使用包括多个处理器的计算机系统执行。整个方法可使用计算机系统执行。该方法可还包括输出有关材料或合金的排列的信息。该信息可被输出至显示器或计算机可读介质。该方法可还包括基于该排列输出具有期望特性的材料或合金的子集。该方法可还包括由合金子集制造一种或多种材料或合金。在其他方面,设计合金的方法不需要包括计算热力学相图、由相图提取热力学量和将量储存在电子数据库中的步骤。在一个方面中,设计合金的方法可包括电子挖掘电子数据库,该电子数据库包括对应于先前源自所述本文档来自技高网
...

【技术保护点】
选择具有目标特性的材料组合物的方法,其包括:接收包括多种材料的热力学相位数据的输入;通过计算设备以编程方式从所述热力学相位数据提取对应于每种所述材料的多个热力学量,其中预先确定提取的热力学量与和所述材料的物理特性相关的微结构相关联;将所述提取的热力学量储存在计算机可读介质中;和使用微处理器由所述计算设备以编程方式电子挖掘储存的热力学量以基于与所述目标特性相关联的所述热力学量的至少一个子集的比较排列所述材料的至少一个子集。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.10 US 61/889,413;2013.12.18 US 61/917,8451.选择具有目标特性的材料组合物的方法,其包括:
接收包括多种材料的热力学相位数据的输入;
通过计算设备以编程方式从所述热力学相位数据提取对应于每种所述材料的多个热
力学量,其中预先确定提取的热力学量与和所述材料的物理特性相关的微结构相关联;
将所述提取的热力学量储存在计算机可读介质中;和
使用微处理器由所述计算设备以编程方式电子挖掘储存的热力学量以基于与所述目
标特性相关联的所述热力学量的至少一个子集的比较排列所述材料的至少一个子集。
2.权利要求1所述的方法,其中电子挖掘不包括在储存所述提取的热力学量之后计算
另外的热力学相位数据和由其提取热力学量。
3.权利要求1所述的方法,其中选择所述组合物的方法不包括分析所述相位数据的图
示。
4.权利要求1所述的方法,还包括合成具有对应于排列的材料之一的组合物的材料。
5.权利要求1所述的方法,其中提取包括对于每种材料执行算法来提取选自下列的所
述热力学量:在一温度下材料相的摩尔分数、材料相的形成温度、材料相的溶解温度、两相
之间的转变温度、在一温度下材料相中元素的重量百分数、在对应于第二相的形成温度或
溶解温度的温度下第一材料相的摩尔分数和在对应于第二相的形成温度或溶解温度的温
度下材料相中元素的重量百分数。
6.权利要求5所述的方法,其中提取还包括使用数学表达式执行算法来计算源自一个
或多个所述热力学量的量。
7.权利要求6所述的方法,其中所述数学表达式选自两种材料相的形成温度的差异、两
种材料相的溶解温度的差异、在一温度下至少两种材料相的摩尔分数或重量分数的总和、
在第二温度下或低于其的温度下至少两种材料相的摩尔分数的总和。
8.权利要求1所述的方法,其中电子挖掘包括基于与所述目标特性相关联的所述热力
学量的至少一个子集平行比较所述材料的至少一个子集。
9.权利要求1所述的方法,其中电子挖掘包括在排列所述材料之前基于选自最小阈值
热力学量、最大阈值热力学量和最小阈值热力学量与最大阈值热力学量之间的范围的一个
或多个标准,由多种材料的整个集初始地消除一种或多种材料候选物。
10.权利要求9所述的方法,其中电子挖掘包括在由整个集消除一种或多种材料候选物
之后排列至少材料的所述子集。
11.权利要求1所述的方法,其中所述整个方法使用计算机系统执行。
12.一种材料组合物选择装置,其包括:...

【专利技术属性】
技术研发人员:K·韦基奥J·L·切尼
申请(专利权)人:思高博塔公司
类型:发明
国别省市:美国;US

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1