CaTCalc

​The Chemical and Thermodynamic Equilibrium Calculator

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CaTCalc SE（標準版）：各種の熱力学平衡計算、状態図計算、など

CaTCalc XE（Expert版）：SEの機能+データベース開発機能

（注）Windows10以降、64bit版OS対応　

概要

CaTCalcは、Gibbs Energy最小化法を用いて熱力学平衡計算を行うソフトです。研究で利用するツールとして、特に”信頼性”を重視して開発しました。次のような特徴を有しています。

  1. 数値計算における情報落ちなどの問題を詳細に検討した信頼性の高いアルゴリズム。金属系は勿論、ガス、セラミックス系、水溶液系などの一般的な系の計算が正しく出来る。

  2. SGTE形式に準拠した非理想溶液、各種溶液モデルへの対応。大域的最小化問題についても高い信頼性を確保。

  3. わかりやすい統一的な操作性。

  4. 状態図、特性図、液相面図、多元系のUnivariant line projectionなどの作成計算、Target計算機能、凝固シミュレーションなどの各種計算機能を装備。

特徴

熱力学平衡計算は最小化問題の一つですが、一般に安定した計算が難しいという問題があります。金属系の元素を成分とした計算は比較的に安定しますが、セラミックスや金属間化合物などの化合物系の計算、あるいは金属系でも縦断面図計算などは未だに難しい問題です。下図はその例で、例えばCa2SiO4-Mg2SiO4系の状態図計算では、事前に出現しうる相を指定する、組成を少しずらす、酸素分圧を指定する、などのテクニックが必要になるかと思います。酸化物系ですので酸素分圧を指定するというのは納得しやすいでしょうが一般性はなく、同じ考え方で炭化物系では炭素の活量を指定する、というのはうまくいきません。Fe7C3-Cr7C3系の状態図計算はその例で、恐らく組成を少しずらすしか方法がないでしょう。その上で不要な相境界を除く後処理が必要になると思います。同様な問題はFe3C-Cr3C系など幾らでもありますが、このような特殊な処方箋も状態図計算では何とか計算できます。しかし、このような場合、実は平衡化学ポテンシャルが正しく計算できていません。よって一般の化学平衡計算や、例えば多数の平衡計算を行うシミュレーションなどで信頼性の問題が出てきます。このようなことからCaTCalcはこの問題の解決を第一の目的として開発しました。数年にわたる悪戦苦闘の結果、何とか解決できましたので、下図のような従来困難であった計算でも自動で安定した計算が可能です。条件設定も簡単ですし、もちろん、平衡化学ポテンシャルの計算も正しく行えます。もし平衡計算や状態図計算が​うまく出来ずお困りの場合はCaTCalcをお試し下さい。

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下図は、従来、計算が困難であった状態図計算の例です。CaTCalcではデータベースから読み込まれた全ての相を含んで自動で正しく計算できます。

Ca2SiO4-Mg2SiO4.png

Fig.1 Difficult phase diagram calculation of Ca2SiO4-Mg2SiO4 system.

Fe7C3-Cr7C3.png

Fig.2 Difficult phase diagram calculation of Fe7C3-Cr7C3 system.