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CALPHAD(CALculationofPHAseDiagram)技术作为计算材料学的一种，广泛应用于多组元材料体系的相图热力学性质计算以及相变模拟。CALPHAD技术成功的关键在于选用合理的模型以及准确的热力学数据库。本工作选取具有重大工业应用价值的Ni合金体系进行相图热力学研究。所选取的研究体系包括:Ni-Si，C-Ni-Si以及Ni-Si-Ti。具体研究内容可概括如下:
1.分析双亚点阵模型以及四亚点阵模型在描述fcc有序/无序转变上的关联性，并推导两模型参数之间的转换关系，以将现有基于双亚点阵模型的数据库转变为四亚点阵模型描述的数据库。通过对Al-Ni以及Ni-Si体系的研究揭示现有方法在描述fcc有序/无序转变时的缺陷。并通过第一原理方法计算Al-Ni以及Ni-Si体系fcc及fcc有序相生成焓数据来验证此结论。还提出一种通过第一原理计算fcc亚稳相图与CALPHAD计算相结合来描述fcc有序/无序转变的方法。
2.对Ni-Si体系进行了文献评估，揭示了前评估的缺陷。采用新的热力学模型描述Ni2Si_L，NiSi以及NiSi2相以提高这些相热力学性质描述的准确性。利用新提出的方法以及CALPHAD计算精确构筑了Ni-Si体系的相图热力学数据库，得到一套能够合理描述Ni-Si体系相图热力学的自洽热力学参数。
3.在完成Ni-Si体系热力学计算的基础上，对C-Ni-Si以及Ni-Si-Ti三元系进行了热力学研究。研究四亚点阵模型在描述三元系fcc有序/无序转变中的应用。外推发现Ni3Si-L(l)2有序相在加入Ti时可直接由液相生成。这与文献报道结果相一致，表明边界二元系对于三元系热力学研究的重要性。通过细致的文献评估，澄清了文献中关于Ni3Si-L(l)2在三元系中的熔融行为。利用第一原理方法计算了Ni-Si-Ti三元化合物以及边际组元在0K时的生成焓以辅助CALPHAD计算，得出用CALPHAD计算获得的化合物热力学性质与第一原理计算结果相一致，并预测了其它三元化合物的热力学性质。一系列计算相图也与实验相图一致。此外，还预测了富Ni3Si-L(l)2角相图以及化合物τ7热力学稳定温度区间。