热力学相图计算是从微纳尺度上对材料掺杂结构与复相关系进行设计的有效手段，国际上已有成熟的相图计算软件（如Thermal-Calc和PANDA等）并建立了许多相图热力学数据库（如SGTE纯物质数据库、溶液数据库、陶瓷材料数据库与人工晶体材料数据库等）。根据热力学函数结合材料体系初始条件和化学势，确立制备温度和压力下特定组分的平衡相，可以预测微纳结构关系。从低组分体系的已知相图来计算和预报多组分体系的未知相图，利用CALPHAD计算相图法可预测具有特定结构-性能关系的新材料。

      结合实验数据库和预测出的热力学数据，还可以计算材料制备过程中反应体系的多元相图，以指导先进陶瓷材料的组分和复相设计。如针对碳-碳复合材料、热防护涂层的体系设计，既要设计不同相与组分之间的化学相容性，还要考虑微纳相结构在高温热、力性质上的匹配度。目前报道的复合材料设计研究，主要集中在材料宏观或细观的静态力学模型，主要采用有限元等方法。例如，在超高温度场作用下，碳-碳复合材料表面的热防护层与基体的化学作用与演变，尤其是微纳结构与界面的变化规律对强度、抗氧化等服役性能的制约关系有待进一步开展多尺度研究。

      为了研究新型碳-碳复合材料在制备、服役中的高温/超高温条件下的化学反应机制，必须清楚新型碳-碳复合材料基体、过渡层、防护层内部各个组份稳定存在的热力学优势区相图。目前缺乏反应体系中部分物质的Gibbs 自由能、活度等热力学参数，这使超高温条件下的化学反应机制研究遇到瓶颈。由于超高温下原子或离子态的氧具有更大反应活性，传统热力学平衡条件下的相图已经无法充分反映新型碳-碳复合材料在服役条件下的演变行为和规律。最新发展的热力学新几何模型为部分化合物的热力学数据预报和评估提供了有力的工具。本团队曾利用热力学新几何模型研究了Si-Al-Zr-O-N、Si-Al-B-O-N体系中间产物的标准Gibbs自由能参数，从而计算获得热力学优势区图，并在此基础上合成出系列Si-Al-O-N化合物。本平台建设中，利用热力学新几何模型计算和评估部分组元在高温条件下的热力学数据，并研究先进陶瓷内部各个物相组份稳定存在的热力学优势区图，这对材料组分设计、预测合理的制备温度和气氛具有重要的指导作用。并结合对微纳结构调控，制备出一系列定向生长的陶瓷晶体材料，可应用于火箭破损部位的现场修补涂层的增韧、增强。

                                3Al2O32SiO2                                                                                                 SiAlON

                                                 SiC                                                                                                      ZrB2

图1陶瓷晶体的可控定向生长

       此外，在电子器件（如单晶硅基片等）的超精密加工领域，为了制备高性能的纳米抛光材料，需要根据被加工陶瓷工件材料特性，基于抛光机理，设计制备具有纳米尺寸和纳米结构、合适硬度、对陶瓷具有化学活性的纳米抛光磨粒。并研究纳米磨粒结构、物化特性与其抛光性能间的关系规律。