合金基因、全息網(wǎng)絡(luò)相圖和全息合金定位設(shè)計(jì)與研發(fā)系統(tǒng)

謝佑卿，李小波，劉心筆，彭紅建，聶耀莊

（1.中南大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410083；2.中南大學(xué) 粉末冶金研究院，長(zhǎng)沙 410083；3.中南大學(xué) 粉末冶金國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410083；4.　湘潭大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，湘潭 411105；5.中南大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，長(zhǎng)沙 410083 6.中南大學(xué) 物理與電子學(xué)院，長(zhǎng)沙 410083）

合金基因、全息網(wǎng)絡(luò)相圖和全息合金定位設(shè)計(jì)與研發(fā)系統(tǒng)

謝佑卿1, 2, 3，李小波4，劉心筆1, 2, 3，彭紅建5，聶耀莊6

（1.中南大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410083；2.中南大學(xué) 粉末冶金研究院，長(zhǎng)沙 410083；3.中南大學(xué) 粉末冶金國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410083；4.湘潭大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，湘潭 411105；5.中南大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，長(zhǎng)沙 410083 6.中南大學(xué) 物理與電子學(xué)院，長(zhǎng)沙 410083）

以系統(tǒng)科學(xué)哲學(xué)為指導(dǎo)，以Au-Cu合金系為實(shí)例，介紹了以下內(nèi)容：合金基因、合金基因全息信息傳輸?shù)腉ibbs能函數(shù)以及AuCuI（）化合物無(wú)序化的平衡和亞平衡傳輸方式，Au3Cu、AuCu和AuCu3亞格子系統(tǒng)的平衡全息網(wǎng)絡(luò)相圖（HNP）；描述組元—成分—結(jié)構(gòu)—性能—溫度之間的關(guān)系；預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)合金信息的藍(lán)圖：Au-Cu合金系的平衡和亞平衡HNP圖。實(shí)現(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)化、信息化和智能化設(shè)計(jì)與研發(fā)先進(jìn)合金”的路徑規(guī)程是“基本組元合金系統(tǒng)—合金基因序列—亞格子合金系統(tǒng)的平衡HNP圖—合金系的平衡和亞平衡HNP圖—合金基因工程—合金系統(tǒng)全息知識(shí)與數(shù)據(jù)庫(kù)”。實(shí)施此路徑規(guī)程的基地稱之為“全息合金定位設(shè)計(jì)與研發(fā)系統(tǒng)（HAPDS）”。

Au-Cu系；合金基因序列；平衡和亞平衡全息網(wǎng)絡(luò)相圖；全息合金定位設(shè)計(jì)與研發(fā)系統(tǒng)；系統(tǒng)金屬材料科學(xué)

材料是推動(dòng)人類(lèi)社會(huì)進(jìn)步的基礎(chǔ)之一。人們習(xí)慣從人類(lèi)使用的器物“材料”角度描述人類(lèi)社會(huì)的演變進(jìn)程：石器時(shí)代、陶器時(shí)代、銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代和當(dāng)今的半導(dǎo)體一信息功能材料時(shí)代。

周期表中共有81 種金屬元素，占元素周期表中元素總數(shù)的79％。它們可組合成=3240種二元合金系，=85320種三元合金系，……，其中蘊(yùn)含有大量潛在先進(jìn)合金等待開(kāi)發(fā)。

從1864年，索比（H.C.SORBY，被尊為金相之父）攝得第一張鋼的珠光體組織的金相照片至形成金屬材料科學(xué)發(fā)展的總思路是研究“組元—成分—結(jié)構(gòu)—性能—溫度/環(huán)境”之間的關(guān)系。為此，研究者們歷經(jīng)了一個(gè)多世紀(jì)的漫長(zhǎng)探索[1]。但由于沒(méi)有找到合金系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)單元（合金基因）和可行的研究路徑規(guī)程，使合金設(shè)計(jì)至今仍處于“炒菜式”反復(fù)實(shí)驗(yàn)嘗試階段[2]。

本課題組從20世紀(jì)70年代開(kāi)始尋找合金基因至用平衡和亞平衡全息網(wǎng)絡(luò)相圖描繪“組元—成分—結(jié)構(gòu)—性能—溫度/環(huán)境“之間的關(guān)系，以及規(guī)劃出實(shí)現(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)化、信息化和智能化設(shè)計(jì)與研發(fā)先進(jìn)合金”的路徑（簡(jiǎn)稱三化技術(shù)路徑），經(jīng)歷了艱難的近40年[3-9]。這條路徑的規(guī)程是“基本組元合金系統(tǒng)—合金基因序列—亞格子合金系統(tǒng)的的平衡HNP圖一合金系的平衡和亞平衡HNP圖—合金基因工程—合金系統(tǒng)全息知識(shí)與數(shù)據(jù)庫(kù)”。實(shí)施這一路徑規(guī)程的基地稱之為“全息合金定位設(shè)計(jì)與研發(fā)系統(tǒng)”（簡(jiǎn)稱HAPDS系統(tǒng)）。HAPDS系統(tǒng)的思想基礎(chǔ)是用若干系統(tǒng)科學(xué)哲學(xué)命題描述的“系統(tǒng)科學(xué)哲學(xué)”（見(jiàn)第6節(jié)）。HAPDS系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)是“系統(tǒng)金屬材料科學(xué)”（SMMS）框架，它由合金基因特征晶體理論（見(jiàn)第1節(jié)）、單相合金系的合金基因排列理論（見(jiàn)第2節(jié)）、多相合金系中的合金相競(jìng)爭(zhēng)平衡和亞平衡理論組成（見(jiàn)第3、4節(jié)）。HAPDS系統(tǒng)的主體是合金基因工程。HAPDS系統(tǒng)的藍(lán)圖和操作平臺(tái)是“合金系全息網(wǎng)絡(luò)相圖”。HAPDS系統(tǒng)方法論的特色內(nèi)容是“確定性自然法則與概率性自然法則”的結(jié)合，能替代大量實(shí)驗(yàn)工作的“由系統(tǒng)的部分獲得系統(tǒng)整體”法，以及用實(shí)驗(yàn)路徑合金基因濃度跟蹤的“數(shù)值計(jì)算”法替代傳統(tǒng)的模擬公式計(jì)算法（見(jiàn)第4 節(jié)）。

建議制訂“系統(tǒng)材料科學(xué)與材料基因工程”規(guī)劃，率先實(shí)施“系統(tǒng)金屬材料科學(xué)與合金基因工程”計(jì)劃和建立全國(guó)乃至全世界聯(lián)網(wǎng)的HAPDS系統(tǒng)（見(jiàn)第3、4 節(jié)）。因?yàn)镾MMS框架超越了當(dāng)今學(xué)術(shù)共同體的思維方式和理論范式，此建議的阻力來(lái)自抵制“超時(shí)代”理論的“普朗克原理”的科學(xué)/真理因素和社會(huì)/利益因素（見(jiàn)第6節(jié)）。

1　合金基因序列組及其全息知識(shí)和數(shù)據(jù)庫(kù)

1.1基本結(jié)構(gòu)單元（基因）序列存在的普遍性

“系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的多樣性歸因于基本結(jié)構(gòu)單元序列中結(jié)構(gòu)單元的組合和排列”。它是本課題組提出的系統(tǒng)科學(xué)哲學(xué)框架的“系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多樣性”哲學(xué)命題[5]。廣義而言，“基本結(jié)構(gòu)單元序列是系統(tǒng)中載有結(jié)構(gòu)和性質(zhì)信息的載體（基因）序列”，人們通過(guò)這些載體（基因）的組合、排列和信息傳輸可調(diào)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性狀。因此，尋找基本結(jié)構(gòu)單元（基因）序列是建立任何一個(gè)特定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型和科學(xué)理論的首個(gè)難題。例如：

1）生物科學(xué)發(fā)展歷史的主線是尋找生物的遺傳基因，對(duì)生物基因的結(jié)構(gòu)、屬性、功能和演變等方面進(jìn)行研究，以及對(duì)遺傳基因如何影響生物整體結(jié)構(gòu)和性狀的了解。從1865年孟德?tīng)枺℅.J.MENDEL）提出“遺傳因子”至1933年摩爾根（T.H.MORGAN）證明“遺傳基因存在于生殖細(xì)胞核的染色體上”，經(jīng)歷了69年；至1962年沃森（J.WOTSON）、克里克（F.CRICK）和威爾金斯（M.WILKINS）測(cè)定脫氧核糖核酸（DNA）為雙螺旋結(jié)構(gòu)，經(jīng)歷了98年。所以，“生物遺傳基因是攜帶遺傳信息的堿基對(duì)DNA分子鏈，它存在于細(xì)胞核的染色體中，是染色體巨長(zhǎng)鏈條中的一個(gè)環(huán)節(jié)，它是控制生物性狀的基本結(jié)構(gòu)單元”（見(jiàn)附件A）。

2）自從索比的開(kāi)創(chuàng)性工作之后，金屬材料科學(xué)取得了一系列進(jìn)展：光學(xué)顯微鏡金相學(xué)向電子顯微鏡金相學(xué)發(fā)展，合金晶體學(xué)向X射線衍射和電子衍射晶體學(xué)發(fā)展，合金宏觀熱力學(xué)向合金計(jì)統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)發(fā)展，合金電子理論向合金能帶理論和合金價(jià)鍵理論發(fā)展。隨后，合金能帶理論開(kāi)始向以“局域密度泛函理論”為基礎(chǔ)的“量子力學(xué)從頭計(jì)算（QMAC）和QMAC一熱力學(xué)”方向發(fā)展[10-17]，合金統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)則向與實(shí)驗(yàn)資料相結(jié)合的“相圖計(jì)算（CALPHAD）”熱力學(xué)方向發(fā)展[18-26]，并形成了QMAC和CALPHAD學(xué)術(shù)共同體。但是，這些理論采用的結(jié)構(gòu)單元（量子態(tài)電子、原子對(duì)、原子團(tuán)和晶胞等）均不具有描述合金系統(tǒng)中“組元—成分—結(jié)構(gòu)—性能—溫度/環(huán)境”之間關(guān)系的基本結(jié)構(gòu)單元（基因）的特征[27]，使新合金設(shè)計(jì)與研發(fā)仍處于“炒菜式”的階段。

由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多樣性哲學(xué)命題可得出一個(gè)推論：“物質(zhì)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)單元是物質(zhì)性的，非物質(zhì)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)單元是非物質(zhì)性的”。例如，在“非物質(zhì)性”的樂(lè)譜系統(tǒng)中，基本結(jié)構(gòu)單元（基因）序列組是載有“音階”信息的非物質(zhì)性的“音符”序列組，即低音符序列：1.，2.，3.，4.，5.，6.，7.；中音符序列：1，2，3，4，5，6，7；高音符序列：。樂(lè)譜的多樣性歸因于音符序列組中音符的排列和組合。然而，在“物質(zhì)性”的鋼琴系統(tǒng)中，基本結(jié)構(gòu)單元序列組是載有“音階”信息的物質(zhì)性的“音鍵”序列組。

2011年，為提高美國(guó)全球競(jìng)爭(zhēng)力，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬（OBAMA）宣布實(shí)施一個(gè)國(guó)家性計(jì)劃—“先進(jìn)制造業(yè)伙伴關(guān)系”計(jì)劃，其中“材料基因組（MGI）計(jì)劃”是主要內(nèi)容之一[2]。在MGI計(jì)劃中，最吸引“眼球”的是“材料基因”，最具誘惑力的是“將先進(jìn)材料的發(fā)現(xiàn)、開(kāi)發(fā)、制造和使用的速度提高一倍”，但美國(guó)學(xué)者們并沒(méi)有找到材料基因。MGI計(jì)劃給出了一個(gè)令人費(fèi)解的定義：“一個(gè)基因組是以DNA作為編碼語(yǔ)言的一組信息，它描繪了有機(jī)體生長(zhǎng)和發(fā)育的藍(lán)圖?；蚪M這個(gè)詞，在應(yīng)用到非生物領(lǐng)域的語(yǔ)境時(shí)，意味著一個(gè)基本的、為更大目標(biāo)服務(wù)的組成模塊”[2, 28]。隨后，美國(guó)學(xué)者們自覺(jué)此定義非常模糊，又將基因組重新定義為“能預(yù)知材料的結(jié)構(gòu)，并能對(duì)制造和使用條件給出回應(yīng)的一組信息（數(shù)據(jù)庫(kù)）”[29]。與生物基因的定義比較可知，此定義是不科學(xué)的。因?yàn)樯锵到y(tǒng)是物質(zhì)的，其遺傳基因也是物質(zhì)的。材料系統(tǒng)是物質(zhì)的，材料基因也應(yīng)是物質(zhì)的，不應(yīng)該是非物質(zhì)的一組信息（數(shù)據(jù)庫(kù)）。至今，美國(guó)學(xué)者們尚未認(rèn)識(shí)到尋找材料系統(tǒng)中基本結(jié)構(gòu)單元（材料基因）序列是建立各類(lèi)材料系統(tǒng)科學(xué)理論，闡明“組元—成分—結(jié)構(gòu)—性能—溫度/環(huán)境”之間關(guān)系的首要任務(wù)[28, 30]。

1.2合金基因的結(jié)構(gòu)模型—合金基因的形象思維和圖像描繪

與生物遺傳基因類(lèi)似，“合金基因是攜帶可傳輸信息（電子結(jié)構(gòu)、物理和熱力學(xué)性質(zhì)）的特征原子（CA），它存在于配位原子團(tuán)的中心，是控制合金性狀的一個(gè)基本單元”（見(jiàn)圖1（a））。合金基因與生物遺傳基因具有共同的哲學(xué)內(nèi)涵，同屬于載有遺傳/傳輸信息的“物質(zhì)性”范疇（見(jiàn)附件A）。

AG序列組中的序列數(shù)與組元數(shù)一致。二元和三元合金系統(tǒng)中，每一基本格子系統(tǒng)的AG序列組分別包含2個(gè)和3個(gè)AG序列。

合金基因組是指特定合金中所含合金基因的種類(lèi)及其濃度/數(shù)量，如計(jì)量成分AuCu、Au3Cu和AuCu3化合物的基因組（基因分子式）分別為，和（見(jiàn)附件圖E.1）。

1.3合金基因特征晶體理論—合金基因的數(shù)理思維和虛擬形象描繪

“一個(gè)系統(tǒng)性質(zhì)的多樣性，歸因于基本結(jié)構(gòu)單元序列載有信息的內(nèi)容和傳輸方式”。它是課題組提出的系統(tǒng)科學(xué)哲學(xué)的“系統(tǒng)性質(zhì)多樣性”命題。如何獲得合金基因攜帶的傳輸信息是研究領(lǐng)域的又一難題。本課題組采用“同種特征原子組成的特征晶體（單質(zhì)）載有的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)代表合金基因的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)”（見(jiàn)圖1（b））。因此，合金基因攜帶的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)由特征晶體理論（簡(jiǎn)稱AG理論或CC理論）獲得。它是由基于實(shí)驗(yàn)技術(shù)或第一原理電子理論的“合金基因勢(shì)能和體積分離理論”（見(jiàn)圖2（a）、（b）和（c））[35-39]、“特征晶體價(jià)鍵理論”（見(jiàn)圖2（d）和（e））[40-46]和“特征晶體熱力學(xué)”組成（見(jiàn)圖2（f）和（g））[5]。

；（b）Characteristic crystal-sequences：圖1　3種結(jié)構(gòu)單元序列（基本配位原子團(tuán)序列和AG序列以及特征晶體序列）Fig.1　Three structural unit sequences：（a）Basic coordination cluster sequences and AG-sequences：

圖2　合金基因的特征晶體理論和合金基因性質(zhì)Fig.2　AG-characteristic crystals theory and AG-properties：（a）AG-theory based on experimental techniques or the first-principles electron theory of alloys；（b）, （c）AG potential energiessequences，volumessequences；（d）, （e）Potential energy curves of alloy genes：Gibbs energy levels：（introduced from Ref.[5]）

2　單相合金系的合金基因排列理論

2.1SMMS框架中的理論層次

SMMS框架是為實(shí)現(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)化、信息化和智能化設(shè)計(jì)和研發(fā)先進(jìn)合金”而建立的HAPDS系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)，它由相互關(guān)聯(lián)的3個(gè)層次理論組成（見(jiàn)圖3（a））[5]：

1）合金基因（特征原子）的量子態(tài)價(jià)電子排列層次理論包含3個(gè)理論：合金基因勢(shì)能和體積分離理論，特征晶體價(jià)鍵理論和特征晶體熱力學(xué)理論（見(jiàn)圖2）[5]。

2）合金相的合金基因（特征原子）排列層次理論包含4個(gè)理論：合金相的合金基因排列統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)（或稱合金相的合金基因排列Gibbs能帶理論）[5]、合金相的合金基因排列晶體學(xué)[47-48]、合金相的合金基因排列價(jià)鍵理論[32-35]和單相合金的合金基因濃度跟蹤相變動(dòng)力學(xué)[6]。

3）合金組織的相排列層次理論應(yīng)包含4個(gè)理論：多個(gè)合金相的平衡熱力學(xué)和亞平衡熱力學(xué)[9]，多個(gè)合金相的合金基因濃度跟蹤相變動(dòng)力學(xué)，以及合金相排列組織學(xué)。

由以下章節(jié)可知，合金基因序列信息的傳輸是各層次理論相互聯(lián)系的主線。由它們可獲得預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)合金結(jié)構(gòu)和性能的全息網(wǎng)絡(luò)相圖和大型數(shù)據(jù)庫(kù)。

然而，在傳統(tǒng)理論中只包含兩個(gè)層次理論：合金相的“組元原子”排列理論和合金相的“自由原子量子態(tài)電子”排列理論，組織的相排列理論，但沒(méi)有合金基因（特征原子）的量子態(tài)價(jià)電子排列理論（見(jiàn)圖3（b））[5]。

2.2合金基因的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)信息的傳輸函數(shù)和方式

1）合金相的合金基因性質(zhì)相加（AGA）定律

合金相的合金基因性質(zhì)相加定律又稱特征晶體性質(zhì)相加定律[5, 49]：以Au-Cu系為例，合金相及其組元的一級(jí)熱力學(xué)性質(zhì)q（x,T）、qAu（x,T）和qCu（x,T）由組元原子狀態(tài)分裂的合金基因的相應(yīng)（T）和（T）性質(zhì)序列相加獲得：

圖3　SMMS框架和傳統(tǒng)理論的理論層次Fig.3　Theoretic levels of SMMS framework and traditional theory：（a）Theoretic levels in SMMS framework；（b）Theoretic levels in traditional alloy theory

式中：）（Tqi指合金基因攜帶的特征Gibbs能）（TG和體積）（TV等一級(jí)熱力學(xué)量，它們是溫度T的函數(shù)，與成分（x）無(wú)關(guān)；（x,T）和（x,T）是合金基因占居Gibbs能級(jí)的概率（或濃度），它們是合金成分和溫度的函數(shù)；xAu和xCu是組元的成分。

2）Au-Cu合金系中合金相的合金基因Gibbs能配分函數(shù)

式中：

① 它是第一個(gè)具有完整意義的合金相的合金基因Gibbs能配分函數(shù)。在傳統(tǒng)熱力學(xué)中的理想溶體、規(guī)則溶體、準(zhǔn)化學(xué)近似和中心原子模型中[50-51]，以及當(dāng)今流行的QMAC熱力學(xué)和CALPHAD熱力學(xué)中，都沒(méi)有建立起具有完整意義的合金相的“基本結(jié)構(gòu)單元Gibbs能配分函數(shù)”[27]。

② 由它導(dǎo)出了第一個(gè)具有完整意義的合金相的Gibbs能函數(shù)。合金相的Gibbs能函數(shù)是合金基因Gibbs能傳輸函數(shù)，它描述了合金相的特征Gibbs能（化學(xué)位））,（*TxG （它來(lái)自合金基因/特征原子的特征Gibbs能的貢獻(xiàn)）、組態(tài)熵（它來(lái)自合金基因/特征原子排列集合效應(yīng)“混亂度”的貢獻(xiàn)）與合金成分（x）和溫度（T）的關(guān)系函數(shù)[5]：

③ 它為闡明“組元—成分—結(jié)構(gòu)—性能—溫度/環(huán)境”之間的關(guān)系，以及為實(shí)現(xiàn)三化技術(shù)設(shè)計(jì)與研發(fā)先進(jìn)合金奠定了理論基礎(chǔ)。

2.3單相合金系統(tǒng)平衡全息網(wǎng)絡(luò)相圖

1）合金平衡演變（轉(zhuǎn)變）的本質(zhì)定義

依據(jù)AG的Gibbs能配分函數(shù)導(dǎo)出的Gibbs能公式，可給出合金平衡態(tài)和平衡轉(zhuǎn)變的本質(zhì)定義分別為[5]：“當(dāng)溫度微小變化時(shí)，合金基因Gibbs能級(jí)（T ）和（T）序列，以及占居Gibbs能級(jí)（T）和（T）序列序列的合金基因濃度（x,T）和（x,T），能夠及時(shí)響應(yīng)和同步變化（分裂/簡(jiǎn)并），使合金Gibbs能處于最小狀態(tài)”；“當(dāng)溫度變化時(shí)，合金狀態(tài)沿著最小Gibbs能路徑轉(zhuǎn)變”。所以，合金平衡演變（轉(zhuǎn)變）是合金基因傳輸Gibbs能信息的“理想平衡方式”。

在QMAC和CALPHAD熱力學(xué)中，沒(méi)有找到類(lèi)似生物基因的合金基因序列和它們的Gibbs能級(jí)序列，所以他們不能給出合金平衡態(tài)和平衡轉(zhuǎn)變的本質(zhì)定義。

2）合金平衡有序—無(wú)序轉(zhuǎn)變的最小Gibbs能路徑計(jì)算方法和平衡全息網(wǎng)絡(luò)相圖

以計(jì)量成分AuCu化合物為例，它的平衡有序—無(wú)序轉(zhuǎn)變的最小Gibbs能-T路徑，可分別由等有序度（σ）的Gibbs能-T路徑法或等溫Gibbs 能-σ路徑法獲得（見(jiàn)附件C.1）。隨后，便可獲得AuCu化合物的三維qe,x-σ-T 和二維qe,x-T平衡全息網(wǎng)絡(luò)路徑圖（見(jiàn)附件C.2）。

3）單相合金系的平衡網(wǎng)絡(luò)相圖

依據(jù)合金相的Gibbs能函數(shù)和平衡有序—無(wú)序轉(zhuǎn)變的本質(zhì)定義， 采用最小Gibbs能-T路徑法，可建立單相合金系的一組完整熱力學(xué)性質(zhì)的qe-T -x 全息網(wǎng)絡(luò)相圖。以步長(zhǎng)分別為Δx=0.5％（摩爾分?jǐn)?shù)）和ΔT=1 K計(jì)算了Au3Cu、AuCu和AuCu3亞格子系統(tǒng)的三維混合Gibbs能的-T-x平衡網(wǎng)絡(luò)相圖和二維等Gibbs能的TΔGm-x 平衡網(wǎng)絡(luò)相圖（見(jiàn)圖4），三維有序度的σe-T-x網(wǎng)絡(luò)相圖和二維等有序度的Tσ-x相圖（見(jiàn)圖5），以及三維合金基因濃度-T -x 和-T-x平衡網(wǎng)絡(luò)相圖（見(jiàn)圖6），其主要特點(diǎn)的詳細(xì)介紹可參看文獻(xiàn)[5, 7-8]。

圖4　Au3Cu、AuCu和AuCu3亞格子系統(tǒng)的-T-x平衡網(wǎng)絡(luò)相圖和等Gibbs能的TΔGm-x平衡網(wǎng)絡(luò)相圖Fig.4-T-xEHNP diagrams and TΔGm-x EHNP diagrams of Au3Cu-, AuCu- and AuCu3-type sublattice system：（a）Three-dimension-T-xEHNP diagrams of Au3Cu-type sublattice system；（b）T-x equilibrium phase diagram with iso-mixed Gibbs energy TΔGm-x curves of Au3Cu-type sublattice system；（c）Three-dimension-T-xEHNP diagrams of AuCu-type sublattice system；（d）T-x equilibrium phase diagram with iso-mixed Gibbs energy TΔGm-x curves of AuCu-type sublattice system；（e）Three-dimension-T-xEHNP diagrams of AuCu3-type sublattice system；?。╢）T-x equilibrium phase diagram with iso-mixed Gibbs energy TΔGm-x curves of AuCu3-type sublattice system

圖5　Au3Cu、AuCu和AuCu3亞格子系統(tǒng)的σe-T-x平衡網(wǎng)絡(luò)相圖和Tσ-x平衡網(wǎng)絡(luò)相圖Fig.5　σe-T-x EHNP and Tσ-x EHNP diagrams of Au3Cu-, AuCu- and AuCu3-types sublattice system：（a）Three-dimension σe-T-x EHNP diagrams of Au3Cu-type sublattice system；（b）T-x equilibrium phase diagram with iso-order degree Tσ-x curves of Au3Cu-type sublattice system；（c）Three-dimension σe-T-x EHNP diagrams of AuCu-type sublattice system；（d）T-x equilibrium phase diagram with iso-order degree Tσ-x curves of AuCu-type sublattice system；（e）Three-dimension σe-T-x EHNP diagrams of AuCu3-type sublattice system；（f）T-x equilibrium phase diagram with iso-order degree Tσ-x curves of AuCu3-type sublattice system

圖6 Au-Cu系A(chǔ)u3Cu、AuCu和AuCu3亞格子系統(tǒng)的合金基因濃度平衡相圖Fig.6 AG-concentration EHNP diagrams：（a）, （b）Three-dimension-x-T and-x-T diagrams of Au3Cu-type alloy；（c）, （d）Three-dimension-x-T and-x-T diagrams of AuCu-type alloy；（e）, （f）Three-dimension-x-T and-x -T　diagrams of AuCu3-type alloy

3　多相合金系統(tǒng)中的相平衡理論

3.1Au-Cu合金系的等混合Gibbs能TΔGm-x 平衡網(wǎng)絡(luò)相圖

FCC基本格子Au-Cu系含有4個(gè)競(jìng)爭(zhēng)相：有序的Au3Cu、AuCu和AuCu3型亞格子相以及FCC基本格子無(wú)序相。由等溫Gibbs能-x曲線的平衡杠桿數(shù)字法，建立了Au-Cu系的混合Gibbs能ΔGm-EHNP相圖[9]。它包括一個(gè)三維ΔGm-T-x和3個(gè)二維投影平衡相圖：等混合Gibbs能的TΔGm-x ，等成分的-T ，等溫的-x網(wǎng)絡(luò)平衡相圖。由它們可獲得三維q-T-x平衡網(wǎng)絡(luò)相圖和3個(gè)二維qx-T、Tq-x 、qT-x平衡網(wǎng)絡(luò)相圖。 這里，q代表全套熱力學(xué)性質(zhì)，以及有序度（σ）和合金基因濃度每一種相圖具有各自的特征和功能。圖7（a）和（b）分別示出了TΔGm-x 和Tσ-x平衡網(wǎng)絡(luò)相圖。

圖7　Au-Cu系的EHNP相圖Fig.7　EHNP diagrams of Au-Cu system：（a）TΔGm-x EHNP diagram；（b）Tσ-x EHNP diagram

現(xiàn)以TΔGm-x 平衡網(wǎng)絡(luò)相圖為例，介紹Au-Cu合金系平衡全息網(wǎng)絡(luò)相圖（見(jiàn)圖7（a））的主要特征（細(xì)節(jié)參見(jiàn)文獻(xiàn)[9]）：

① 有序Au3Cu，AuCu和AuCu3型亞格子相與無(wú)序相間的相界線由三段單相臨界溫度Tc-x曲線組成，不存在雙相區(qū)。此結(jié)果與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象符合。

③ 在TΔGm-x 平衡網(wǎng)絡(luò)相圖的雙相區(qū)中，等溫T-x 線段兩端點(diǎn)，代表兩平衡相的成分和混合Gibbs能。

3.2Au-Cu合金系平衡全息網(wǎng)絡(luò)相圖的功能

① 合金系平衡全息網(wǎng)絡(luò)相圖是研究者發(fā)現(xiàn)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和應(yīng)用先進(jìn)合金的藍(lán)圖和可操作的平臺(tái)。如點(diǎn)擊雙相區(qū)中每一網(wǎng)格點(diǎn)時(shí)， 便可預(yù)知該點(diǎn)代表設(shè)計(jì)合金的3個(gè)層次的平衡態(tài)全息結(jié)構(gòu)和性態(tài)信息：合金的平均成分與溫度，組織的兩相的種類(lèi)及分?jǐn)?shù)，以及合金的平均全息性質(zhì)；每一組成相的成分、全息信息、合金基因排列結(jié)構(gòu)；以及每一組成相中合金基因的濃度、電子結(jié)構(gòu)和全息性質(zhì)。如果將溫度視為可變量，還可繪出該設(shè)計(jì)成分合金隨溫度變化的平衡全息路徑圖。

② 合金系平衡全息網(wǎng)絡(luò)相圖是建立合金系亞平衡全息網(wǎng)絡(luò)相圖的標(biāo)準(zhǔn)和基礎(chǔ)。

③ 合金系平衡全息網(wǎng)絡(luò)路徑為制訂材料生產(chǎn)工藝規(guī)程和安全服役條件提供科學(xué)依據(jù)。

4　多相合金系亞平衡全息網(wǎng)絡(luò)相圖—合金基因信息亞平衡傳輸方式

4.1合金有序—無(wú)序轉(zhuǎn)變的亞平衡全息網(wǎng)絡(luò)路徑圖

4.1.1有序—無(wú)序亞平衡轉(zhuǎn)變的本質(zhì)定義

“一個(gè)系統(tǒng)不僅具有應(yīng)對(duì)溫度（環(huán)境）變化保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的能力，還具有適應(yīng)溫度（環(huán)境）變化改變結(jié)構(gòu)的機(jī)制”，它是我們提出的系統(tǒng)科學(xué)哲學(xué)的相變動(dòng)力學(xué)命題。 有序一無(wú)序亞平衡轉(zhuǎn)變的本質(zhì)定義是：當(dāng)溫度每一微小變化時(shí)，合金基因的動(dòng)能和Gibbs能級(jí)可立即響應(yīng)，但占居Gibbs 能級(jí)的合金基因的概率（濃度）并不能同步變化，只能依賴過(guò)熱（或過(guò)冷）驅(qū)動(dòng)Gibbs能和合金基因的“共振激活—同步交換”（RA-SA）機(jī)制共同推動(dòng)下發(fā)生轉(zhuǎn)變，使其Gibbs能路徑高于平衡轉(zhuǎn)變Gibbs能路徑[6]。

合金有序一無(wú)序轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)路徑是合金基因傳輸其載有的Gibbs能的亞平衡方式，是確定性法則和概率性法則統(tǒng)一的范例。以和干基因組成的AuCuI（）化合物的無(wú)序化實(shí)驗(yàn)路徑為例，介紹了3個(gè)發(fā)現(xiàn)和一個(gè)方法：第一，發(fā)現(xiàn)AuCuI（）化合物抗拒溫度變化保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的能力歸因于和基因的勢(shì)阱深度遠(yuǎn)超過(guò)其振動(dòng)能，它導(dǎo)致無(wú)序化實(shí)驗(yàn)路徑是亞平衡的。第二，從合金基因濃度統(tǒng)計(jì)分布特征中發(fā)現(xiàn)AuCuI（）適應(yīng)溫度變化改變結(jié)構(gòu)的原子移動(dòng)新機(jī)制是合金基因的“RA-SA”機(jī)制，它導(dǎo)致無(wú)序化是“統(tǒng)計(jì)非均勻性”和“遞次性”的亞平衡轉(zhuǎn)變；第三，從合金基因濃度統(tǒng)計(jì)分布特征中發(fā)現(xiàn)無(wú)序化過(guò)程中存在“跳變基因”、“跳變有序度”和“跳變溫度”。發(fā)現(xiàn)將跳變溫度Tj視為臨界溫度Tc是“傳統(tǒng)的歷史性錯(cuò)誤”。闡明了跳變溫度隨升溫速度增加而降低的“逆反效應(yīng)”，即所謂的“Retro效應(yīng)”。采用混合焓實(shí)驗(yàn)路徑的合金基因濃度跟蹤法，建立了一整套亞平衡全息網(wǎng)絡(luò)路徑圖（見(jiàn)附件G.2）。圖8顯示了AuCuI（）化合物無(wú)序化時(shí)合金基因濃度跟蹤路徑圖（路徑分析見(jiàn)附件G.2）。

4.1.3實(shí)驗(yàn)性質(zhì)路徑的合金基因濃度跟蹤法的實(shí)用價(jià)值

1）通過(guò)一種性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)路徑測(cè)量，可獲得一整套亞平衡全息網(wǎng)絡(luò)路徑圖。

① “混合焓實(shí)驗(yàn)路徑合金基因濃度跟蹤法”

② “混合體積實(shí)驗(yàn)路徑合金基因濃度跟蹤法”

③ “有序度實(shí)驗(yàn)路徑合金基因濃度跟蹤法”

2）依據(jù)合金基因濃度跟蹤圖，可揭示實(shí)驗(yàn)路徑的本質(zhì)，為制定熱處理工藝和安全服役規(guī)程提供依據(jù)。

3）通過(guò)科學(xué)家和工程師的共同合作，可獲得大量不同實(shí)驗(yàn)條件下的合金系亞平衡全息網(wǎng)絡(luò)相圖。

4.2Au-Cu合金系的亞平衡全息網(wǎng)絡(luò)（SHNP）圖

4.2.1Au-Cu合金系混合Gibbs能-ΔmGSHNP相圖的特征

① 有序Au3Cu、AuCu和AuCu3型亞格子相與無(wú)序相間的相界線由三段單相臨界溫度Tc-x曲線組成，不存在有序相與無(wú)序相共存的雙相區(qū)。此結(jié)果與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象吻合。

② 低溫時(shí)，不同有序相之間不存在“兩有序相共存區(qū)”。0 K時(shí)，理論計(jì)算的Au3Cu、AuCu和AuCu3型長(zhǎng)程有序相區(qū)的成分范圍分別為：18.875％～36.20.％ Cu、36.20％～63.05％Cu和63.05％～81.125％Cu。此結(jié)果非常接近實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果（見(jiàn)圖9（d））[52-54]：21％～36.8％ Cu、36.8％～62.5％Cu和62.5％～79.5％Cu。

③ AuCu和AuCu3型有序合金的實(shí)驗(yàn)跳變溫度Tj（x）的分布特征與理論計(jì)算的等有序度Tσj-x曲線形狀相似。實(shí)驗(yàn)跳變有序度σj的范圍為0.6≤σj≤0.8，它與理論預(yù)計(jì)結(jié)果一致[55-60]。

圖8　AuCuI（）化合物無(wú)序化時(shí)合金基因濃度跟蹤路徑圖Fig.8　andconcentrations for tracking path on disordering AuCuI（）：（a）, （b）As 0.990≤σs≤1,andconcentration distributions；（c）, （d）As 0.925≤σs≤0.990,andconcentration distributions；（e）, （f）As 0.807≤σs≤0.925,andconcentration distributions；（g）, （h）As σj=0.807→σL=0.445,andconcentration distributions （introduced from Ref.[6]）

圖9　Au-Cu系亞平衡全息網(wǎng)絡(luò)相（SHNP）圖Fig.9　SHNP diagrams of Au-Cu system：（a）（ΔGm-）-T-xSHNP diagram；（b）T-xSHNP diagram；（c）Tσ-xΔGmSHNP diagram；（d）Experimental jumping Tj（x ）temperatures, erroneously considered as equilibrium critical Tctemperatures from Ref.[23], and experimental limit composition ranges of long range ordered （LRO）Au3Cu-, AuCu- and AuCu3-type at room temperature

④ 由于Au3Cu型有序合金的有序化能低， 很難獲得最大有序度合金，因此，不同作者測(cè)量的實(shí)驗(yàn)跳變溫度差異很大，但大部分實(shí)驗(yàn)跳變有序度jσ的范圍仍為0.6≤jσ≤0.8。

實(shí)驗(yàn)證明， AuCu和AuCu3化合物有序度變化起始溫度高達(dá)500 K以上；高于跳變溫度的數(shù)十度范圍內(nèi)， 存在短程有序。據(jù)此，在SHNP相圖中存在“長(zhǎng)程有序度不變的亞穩(wěn)區(qū)”，“長(zhǎng)程有序度開(kāi)始變化區(qū)”，“長(zhǎng)程有序度跳變區(qū)”，“短程有序度區(qū)”和“無(wú)序區(qū)”。4.2.2亞平衡全息網(wǎng)絡(luò)相圖的意義

1）亞平衡全息網(wǎng)絡(luò)相圖提供的信息（相界線和相區(qū)，以及有序一無(wú)序轉(zhuǎn)變亞平衡全息路徑等），比平衡全息網(wǎng)絡(luò)相圖提供的信息更符合設(shè)計(jì)需要。

2）“QMAC和CALPHAD研究者們誤將有序—無(wú)序?qū)嶒?yàn)轉(zhuǎn)變過(guò)程中的跳變溫度jT視為臨界溫度cT，依此建立的合金相Gibbs能函數(shù)和Au-Cu系相圖也都是錯(cuò)誤的（見(jiàn)附件B.2）。

5　全息合金定位設(shè)計(jì)與研發(fā)系統(tǒng)（HAPDS）

依據(jù)“系統(tǒng)科學(xué)哲學(xué)”的活力性命題—“系統(tǒng)活力歸因于系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)式信息循環(huán)和反饋”和系統(tǒng)的整體優(yōu)化性命題—“系統(tǒng)整體優(yōu)化歸因于系統(tǒng)的改革、開(kāi)放和網(wǎng)絡(luò)式智能調(diào)控/管理”，本文作者倡議建立HAPDS系統(tǒng)基地。它是按照三化技術(shù)路徑建立的政、產(chǎn)、學(xué)、研、商相結(jié)合的新型社會(huì)組織形態(tài)。它是由政府引導(dǎo)，以HAPDS總部為中心，生產(chǎn)企業(yè)為主體，學(xué)校、科研院所和商業(yè)部門(mén)等利益相關(guān)單位共同參與、知識(shí)和技術(shù)共有、基礎(chǔ)設(shè)備共用、各盡其責(zé)和利益分享的命運(yùn)共同體。它包含4個(gè)層次：① HAPDS系統(tǒng)的科學(xué)層次，它由系統(tǒng)金屬材料科學(xué)， 信息科學(xué)和控制/管理科學(xué)，以及社會(huì)科學(xué)組成；② HAPDS系統(tǒng)技術(shù)工程（簡(jiǎn)稱合金基因工程（AGE）），它由發(fā)現(xiàn)、設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、制造和應(yīng)用等技術(shù)環(huán)節(jié)組成。③ HAPDS系統(tǒng)總部，它是HAPDS系統(tǒng)基地/集團(tuán)的中心，并由測(cè)試與計(jì)算（MC）中心，SMMS中心，AGE中心，HAPDS系統(tǒng)信息（HAPDSI）中心和控制（HAPDSC）中心組成；④ 政產(chǎn)學(xué)研商共同參與和三化技術(shù)聯(lián)系的HAPDS系統(tǒng)基地/集團(tuán)。它們的復(fù)雜系統(tǒng)相關(guān)性可用HAPDS系統(tǒng)總部說(shuō)明（見(jiàn)圖10）[9]：

1）MC中心（見(jiàn)圖10（a））是由三化技術(shù)聯(lián)系的伙伴單位組成。它們分別是承擔(dān)化學(xué)分析（CA）、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)（SP）測(cè)量、產(chǎn)品應(yīng)用模擬（AA）和計(jì)算機(jī)計(jì)算（CC）任務(wù)。它們的數(shù)據(jù)庫(kù)彼此聯(lián)通，形成網(wǎng)絡(luò)信息循廻的MC數(shù)據(jù)庫(kù)，為研究者共享。充分利用各組成單位原有設(shè)備，避免重復(fù)建設(shè)。

圖10　全息合金定位設(shè)計(jì)與研發(fā)系統(tǒng)總部Fig.10　HAPD headquarters：（a）MC-center and information circulation；（b）SMMS-center and information circulation；（c）AGE-center and information circulation；（d）HAPDSI-center and information circulation；（e）HAPDSC-center and information circulation

2）SMMS中心（見(jiàn)圖10（b））是由三化技術(shù)聯(lián)系的伙伴單位組成。其主體置于HAPDS系統(tǒng)總部中，吸納學(xué)校與科研院所參與，共同承擔(dān)發(fā)展SMMS框架、提供全息合金知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和全息網(wǎng)絡(luò)相圖。SMMS框架包含3個(gè)層次理論：合金基因（AG）理論，合金相的合金基因排列（AGA）理論和合金系統(tǒng)的合金相排列（APA）理論。它們的知識(shí)和數(shù)據(jù)庫(kù)彼此聯(lián)通，形成網(wǎng)絡(luò)信息循廻的全息合金知識(shí)和數(shù)據(jù)庫(kù)（HAK），為研究者共享。

3）AGE中心是HAPDS系統(tǒng)的主體。先進(jìn)合金的獲得一般要經(jīng)歷“發(fā)現(xiàn)—設(shè)計(jì)—驗(yàn)證—生產(chǎn)—應(yīng)用”等環(huán)節(jié)（見(jiàn)圖10（c））。AG工程是以基本合金系統(tǒng)的EHNP和SHNP相圖為操作平臺(tái)，進(jìn)行成分設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，預(yù)計(jì)設(shè)計(jì)合金的性能，制訂生產(chǎn)方式和工藝規(guī)程，規(guī)定先進(jìn)合金安全服役條件和期限。它由三化技術(shù)聯(lián)系的伙伴單位承擔(dān)如下主要任務(wù)：① 快速而又經(jīng)濟(jì)地設(shè)計(jì)與研發(fā)先進(jìn)合金，縮短先進(jìn)合金的研發(fā)周期，節(jié)省人力和物質(zhì)資源。② 逐步使先進(jìn)合金的設(shè)計(jì)與研發(fā)由“炒菜式”向三化轉(zhuǎn)變。③ 分析實(shí)測(cè)先進(jìn)合金的性能與預(yù)計(jì)性能的差異。④ 將先進(jìn)合金的發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷、設(shè)計(jì)步驟、預(yù)計(jì)方法、驗(yàn)證結(jié)果、生產(chǎn)工藝、實(shí)測(cè)性能、安全服役條件和期限等存入各自的知識(shí)和數(shù)據(jù)庫(kù)中。這些信息數(shù)據(jù)庫(kù)相互聯(lián)通，組建成AGE-信息循廻數(shù)據(jù)庫(kù)，為科學(xué)家們和工程師們共享。

4）為了增強(qiáng)HAPDS基地的活力，必須建立HAPDSI中心（見(jiàn)圖10（d））。它是HAPDS基地的信息中樞，其主要任務(wù)是：① 增強(qiáng)各中心之間的工作聯(lián)系，為逐步實(shí)現(xiàn)三化技術(shù)設(shè)計(jì)與研發(fā)先進(jìn)合金不斷提供網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系的創(chuàng)新模式。② 協(xié)助建立各中心內(nèi)部的共享知識(shí)和數(shù)據(jù)庫(kù)。③ 通過(guò)與其他中心的合作，建立為HAPDS基地科學(xué)家、工程技術(shù)人員和職工服務(wù)的共享數(shù)據(jù)庫(kù)。④ 檢校、修正、豐富和控制信息，使信息在HAPDS基地中快速、有效和安全地運(yùn)行。⑤ 建立HAPDS基地中各利益相關(guān)單位之間聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，以及與社會(huì)聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)。

5）為了使HAPDS基地處于整體優(yōu)化狀態(tài)，必須建立HAPDSC中心（見(jiàn)圖9（e）），它是HAPDS基地/集團(tuán)的控制中樞，其主要職責(zé)是：① 一方面快速而經(jīng)濟(jì)地將科學(xué)和技術(shù)成果直接轉(zhuǎn)化為社會(huì)生產(chǎn)力；另一方面則是使HAPDS基地/集團(tuán)的與社會(huì)（包括政治、經(jīng)濟(jì)和文化等）環(huán)境保持密切聯(lián)系，從社會(huì)獲得人力、物力和財(cái)力的廣泛支持。② 制訂綠色產(chǎn)業(yè)規(guī)劃：構(gòu)建高效、清潔、低碳、循環(huán)的綠色生產(chǎn)工藝鏈；發(fā)展產(chǎn)品和材料回收工業(yè)，它是減少因礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)對(duì)自然環(huán)境破壞的新產(chǎn)業(yè)。③與其他中心合作， 共同制定HAPDS基地和各中心的中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃和近期目標(biāo)。④ 建立基地/集團(tuán)運(yùn)行規(guī)章制度，調(diào)整基地組織結(jié)構(gòu)，使基地/集團(tuán)適應(yīng)任務(wù)和形式變化，保持整體優(yōu)化狀態(tài)。⑤ 制定研究人員、工程技術(shù)人員和職工培訓(xùn)計(jì)劃，建立一支高素質(zhì)的員工隊(duì)伍和形成良好的人文環(huán)境。⑥ 建立HAPD系統(tǒng)基地中利益相關(guān)的伙伴單位公平、公正和合理分享利益的規(guī)章。

6　關(guān)于系統(tǒng)科學(xué)哲學(xué)引領(lǐng)作用的討論

在本課題組的科學(xué)實(shí)踐中，是以若干系統(tǒng)科學(xué)哲學(xué)命題和若干系統(tǒng)科學(xué)研究方法描述“系統(tǒng)論”。它們不僅具有“易懂”、“易記”和“易用”的特點(diǎn)，而且留有修改和補(bǔ)充的空間。若經(jīng)更多的科學(xué)實(shí)踐證明它們是正確的，“命題”便可上升為系統(tǒng)科學(xué)哲學(xué)“原理”，“方法”則可上升為系統(tǒng)科學(xué)哲學(xué)“法則”。

依據(jù)系統(tǒng)科學(xué)哲學(xué)的哲學(xué)命題，本課題組不僅建立了SMMS框架，而且揭示了“還原論”時(shí)代建立的QMAC合金相電子理論、QMAC熱力學(xué)和CALPHAD熱力學(xué)中存在的問(wèn)題。所以SMMS框架是超越了當(dāng)今學(xué)術(shù)共同體的思維方式和理論范式的“超時(shí)代”理論：

1）依據(jù)系統(tǒng)科學(xué)哲學(xué)的系統(tǒng)整體性命題—“復(fù)雜系統(tǒng)的整體性系歸因于結(jié)構(gòu)和性質(zhì)多層次性和不同結(jié)構(gòu)層次之間、不同性質(zhì)之間以及結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的相關(guān)性”，建立了包含3個(gè)層次的SMMS框架[5]：特征原子/合金基因的電子結(jié)構(gòu)，相的特征原子/合金基因排列結(jié)構(gòu)，組織的相排列結(jié)構(gòu)。它是微觀—亞宏觀—宏觀相互關(guān)聯(lián)的理論體系。“還原論”時(shí)代建立的QMAC合金相電子理論、QMAC熱力學(xué)和CALPHAD熱力學(xué)中沒(méi)有特征原子/合金基因?qū)哟?，它們也不?gòu)成合金系統(tǒng)理論。

2）依據(jù)系統(tǒng)科學(xué)哲學(xué)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多樣性命題—“系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多樣性歸因于基本結(jié)構(gòu)單元序列中結(jié)構(gòu)單元的組合和排列”，SMMS框架中不同層次理論采用不同的結(jié)構(gòu)單元序列[5]：① 采用載有共價(jià)電子、導(dǎo)電性電子、磁電子和非鍵電子信息的“量子態(tài)電子序列”描述特征原子/合金基因的電子結(jié)構(gòu)、物理、化學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)多樣性。② 采用載有電子結(jié)構(gòu)、物理、化學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)的“特征原子/合金基因序列”描述合金相的特征原子排列結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的多樣性。它們是合金系統(tǒng)中“承上啟下”的基本結(jié)構(gòu)單元序列。③ 采用載有不同Gibbs能和不同性狀的“合金相序列”描述合金組織的合金相排列結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的多樣性。

在“自由原子的量子力學(xué)”中，采用4個(gè)量子數(shù)描述的量子態(tài)電子序列描述自由電子的電子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的多樣性，并獲得巨大成功。然而， 在多原子聚合的合金相系統(tǒng)中，QMAC理論仍然采用自由原子中的4個(gè)量子數(shù)描述的量子態(tài)電子序列（沒(méi)有附加的價(jià)電子特征信息）描述合金相的結(jié)構(gòu)多樣性是不恰當(dāng)?shù)模憾鄬哟蜗到y(tǒng)中，不同層次應(yīng)采用不同的結(jié)構(gòu)單元。例如，在建立合金相X射線衍射干涉函數(shù)已經(jīng)證明，必須采用不同層次的結(jié)構(gòu)單元：電子—原子散射因子（f）—晶胞的結(jié)構(gòu)因子（FHKL），才能獲得成功。雖然曾有人嘗試只采用電子作為單元詮釋X射線衍射譜，但均以失敗告終。

本課題組已經(jīng)證明[27]，在QMAC熱力學(xué)和CALPHAD熱力學(xué)中采用的“組元原子”、“組元原子對(duì)”和“組元原子團(tuán)”序列，均不是組元原子狀態(tài)分裂的“結(jié)構(gòu)單元序列”。例如，它們不能闡明Au3Cu（（）, Au3Cu（）和AuCu3（））化合物中原子3狀態(tài)的差異（見(jiàn)附件E）。

3）依據(jù)系統(tǒng)科學(xué)哲學(xué)的系統(tǒng)性質(zhì)多樣性命題—“系統(tǒng)性質(zhì)多樣性歸因于基本結(jié)構(gòu)單元序列載有的性質(zhì)內(nèi)容和傳輸方式”，我們建立了合金系統(tǒng)中3個(gè)層次的傳輸函數(shù)[5]：① 特征原子/合金基因的電子結(jié)構(gòu)、物理和熱力學(xué)性質(zhì)，由載有價(jià)電子結(jié)構(gòu)信息的特征原子組成的“特征晶體中多原子相互作用勢(shì)能函數(shù)”獲得[41]。② 合金相的的合金基因Gibbs能配分函數(shù)描述“合金基因Gibbs能級(jí)和占居Gibbs能級(jí)的概率/濃度與成分和溫度之間的關(guān)系”。由它可導(dǎo)出合金相的Gibbs能G（x,T）函數(shù)是合金基因Gibbs能的傳輸函數(shù)，它描述合金相的Gibbs能（G）、組態(tài)熵（Sc）、有序度（σ）和合金基因濃度（∑xiAu和∑xiCu）與成分和溫度的關(guān)系。合金基因Gibbs能的傳輸方式有兩種：最小Gibbs能路徑的平衡傳輸方式和高于平衡Gibbs能路徑的亞平衡傳輸方式。由“最小Gibbs能平衡路徑法”和“實(shí)驗(yàn)性質(zhì)（混合焓，混合體積和有序度等）路徑的合金基因濃度跟蹤法”，可分別獲得單相合金系統(tǒng)的平衡和亞平衡全息網(wǎng)絡(luò)相圖：ΔGm-x-T，S-x -T ，σ-x-T，-x-T，-x-T，以及全套熱力學(xué)性質(zhì)（q）的q-x-T網(wǎng)絡(luò)相圖。依據(jù)-x -T ，-x-T網(wǎng)絡(luò)相圖和合金基因信息序列，由AG排列晶體學(xué)，可獲得合金相的平衡和亞平衡晶體結(jié)構(gòu)特征和性質(zhì)與成分和溫度的關(guān)系，由AG排列價(jià)鍵理論，可獲得合金相的平衡和亞平衡鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（見(jiàn)附件F）、力學(xué)和物理性質(zhì)與成分和溫度的關(guān)系。它們匯集成可預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)合金結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的巨型數(shù)據(jù)庫(kù)。③ 多相合金系的平衡和亞平衡全息網(wǎng)絡(luò)相圖，分別由合金相等溫Gibbs能x-函數(shù)和“Gibbs能杠桿數(shù)值法”和“Gibbs能交點(diǎn)數(shù)值法”獲得。

在QMAC理論中， 采用自由原子系統(tǒng)中的Schr?dinger方程作為多原子聚集的合金相的量子態(tài)電子信息傳輸函數(shù)，由它不可能導(dǎo)出合金相的）,（TxG函數(shù)（5）和組態(tài)熵）,（TxSc函數(shù)（6）。在QMAC熱力學(xué)和CALPHAD熱力學(xué)中，他們不能建立起描述組元原子狀態(tài)分裂的“特征原子團(tuán)Gibbs能級(jí)”和“占居Gibbs能級(jí)的特征原子團(tuán)的概率”與成分和溫度關(guān)系的配分函數(shù)，并導(dǎo)出合金相的Gibbs能函數(shù)。所以，他們采用的都不是完整意義的Gibbs能函數(shù)。

4）依據(jù)系統(tǒng)科學(xué)哲學(xué)的系統(tǒng)開(kāi)放性命題—“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)適應(yīng)環(huán)境，環(huán)境改變結(jié)構(gòu)”，我們建立了組元—成分—結(jié)構(gòu)（微觀，亞宏觀，宏觀）—性能（物理，化學(xué)，熱力學(xué)）—溫度（環(huán)境）相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)、大型數(shù)據(jù)庫(kù)和全息網(wǎng)絡(luò)相圖。依此命題揭示了MGI計(jì)劃中的理論的局限性：不能為先進(jìn)合金設(shè)計(jì)與研發(fā)提供微觀一亞宏觀一宏觀相互相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)、大型數(shù)據(jù)庫(kù)和全息網(wǎng)絡(luò)相圖。應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出的是，以系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)為基礎(chǔ)的大型數(shù)據(jù)庫(kù)可靠性更大，避免出現(xiàn)矛盾數(shù)據(jù)現(xiàn)象。

5）依據(jù)系統(tǒng)科學(xué)哲學(xué)的動(dòng)力學(xué)命題—“系統(tǒng)既有抗拒環(huán)境變化保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的能力，又有適應(yīng)環(huán)境變化改變結(jié)構(gòu)的機(jī)制”，本課題組采用實(shí)驗(yàn)路徑的合金基因濃度跟蹤法，揭示了實(shí)驗(yàn)有序—無(wú)序亞平衡轉(zhuǎn)變的本質(zhì)（見(jiàn)圖9），獲得了相變動(dòng)力學(xué)方面的若干科學(xué)新發(fā)現(xiàn)，為建立合金相變動(dòng)力學(xué)和亞平衡全息網(wǎng)絡(luò)相圖奠定了基礎(chǔ)[6]：①發(fā)現(xiàn) AuCuI（）化合物抗拒溫度變化保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的能力歸因于合金基因和的勢(shì)阱深度遠(yuǎn)超過(guò)它們的振動(dòng)能，它導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)有序—無(wú)序轉(zhuǎn)變是亞平衡轉(zhuǎn)變。②發(fā)現(xiàn)AuCuI（）化合物適應(yīng)溫度變化的原子移動(dòng)機(jī)制是合金基因“共振激活—同步交換”（RA-SA）機(jī)制，它導(dǎo)致形成統(tǒng)計(jì)非均勻和統(tǒng)計(jì)周期性的特殊形態(tài)結(jié)構(gòu)（AuCuII）。③發(fā)現(xiàn)存在跳變合金基因（如和合金基因）：當(dāng)和干基因開(kāi)始分裂的初始階段，跳變合金基因的濃度由零逐步升高，當(dāng)升至最高濃度值時(shí)（呈現(xiàn)高于完全無(wú)序狀態(tài)濃度的“濃度涌現(xiàn)”現(xiàn)象），隨后，如同和干基因一樣，隨合金有序度的降低，發(fā)生“狀態(tài)分裂和濃度降低”的“雪崩”現(xiàn)象，它導(dǎo)致有序—無(wú)序轉(zhuǎn)變中途發(fā)生跳變現(xiàn)象。跳變溫度Tj是合金成分x、跳變有序度σj（AuCu化合物的σj約為0.8）和加熱速度v的函數(shù)。④發(fā)現(xiàn)加熱速度愈快，在跳變溫度之前有序度變化很小，累積過(guò)熱驅(qū)動(dòng)Gibbs能愈大，跳變溫度愈低，從而闡明了跳變溫度的“逆反—效應(yīng)”，即“Retro-effect”。⑤發(fā)現(xiàn)在QMAC熱力學(xué)和CALPHAD熱力學(xué)中，將溫度極為緩慢變化引起的相變現(xiàn)象視為平衡相變是一個(gè)“傳統(tǒng)歷史性錯(cuò)誤”。如將有序—無(wú)序轉(zhuǎn)變的跳變溫度Tj誤認(rèn)為臨界溫度Tc。因此，他們建立的Au-Cu系中各合金相的Gibbs能函數(shù)和相圖都是錯(cuò)誤的。⑥發(fā)現(xiàn)“實(shí)驗(yàn)路徑的合金基因濃度跟蹤法”將對(duì)建立合金制造工藝和安全使用條件和期限，以及亞平衡全息網(wǎng)絡(luò)相圖有重要意義。

6）依據(jù)系統(tǒng)科學(xué)哲學(xué)的活力命題—“系統(tǒng)活力歸因于系統(tǒng)信息循環(huán)和反饋”和系統(tǒng)的整體優(yōu)化命題—“系統(tǒng)整體優(yōu)化歸因于系統(tǒng)的開(kāi)放、改革和有效調(diào)控/管理”，本課題組提出建立由5個(gè)中心（MC、 SMMS、AGE、HAPDSI和HAPDC中心）相互關(guān)聯(lián)的HAPDS系統(tǒng)總部，它的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了由3個(gè)平臺(tái)（計(jì)算工具、實(shí)驗(yàn)工具和數(shù)據(jù)庫(kù)）為主體的美國(guó)MGI計(jì)劃中的“材料創(chuàng)新基地”，并將使社會(huì)組織性態(tài)發(fā)生深刻變化[9]。

7）依據(jù)系統(tǒng)科學(xué)哲學(xué)中最有價(jià)值的方法—“由部分獲得整體法”，我們以Au-Cu合金系為例，建立了一條由2～3個(gè)合金的少量實(shí)驗(yàn)資料獲得合金系統(tǒng)的“組元—成分—結(jié)構(gòu)—性能—溫度/環(huán)境”完整信息的路徑。例如，本課題組僅依據(jù)Au和Cu純金屬比熱和熱膨脹系數(shù)隨溫度的變化以及AuCu和AuCu3化合物的生成焓和生成體積隨溫度的變化，通過(guò)合金基因分離理論一合金基因信息傳輸函數(shù)一多相合金相競(jìng)爭(zhēng)的Gibbs能杠桿數(shù)值法和Gibbs能交點(diǎn)數(shù)值法，建立了Au-Cu系的大型數(shù)據(jù)庫(kù)以及平衡和亞平衡全息網(wǎng)絡(luò)相圖。研究人員點(diǎn)擊相圖中任意網(wǎng)格點(diǎn)，便可預(yù)知該點(diǎn)代表的設(shè)計(jì)合金的結(jié)構(gòu)（微觀、亞宏觀、宏觀）和性能（物理、化學(xué)、熱力學(xué)），以及結(jié)構(gòu)和性能隨溫度變化的平衡和亞平衡全息路徑圖[5-6]。QMAC合金電子理論、QMAC熱力學(xué)和CALPHAD熱力學(xué)不具有此功能。

8）“超時(shí)代”的發(fā)現(xiàn)和理論遭受壓制的規(guī)律性特征

“超時(shí)代”的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和理論往往不被同代人重視或承認(rèn)，甚至被有意壓制和誹謗，具有規(guī)律性特征[61]：在整個(gè)18世紀(jì)，牛頓（I.NEWTON）的光的“微粒學(xué)”占統(tǒng)治地位，牛頓的巨大權(quán)威使光的“波動(dòng)學(xué)”沉寂了很長(zhǎng)一個(gè)時(shí)期。1801年，青年物理學(xué)家托馬斯·楊的“波動(dòng)學(xué)”遭到無(wú)情的壓制長(zhǎng)達(dá)20多年。孟德?tīng)柕倪z傳理論被埋沒(méi)長(zhǎng)達(dá)35年，是當(dāng)時(shí)植物界權(quán)威奈格里（C.N?GELI）否定的結(jié)果。德國(guó)青年邁爾（J.MAYER）提交有關(guān)“能量守恒定律”的科學(xué)論文和德國(guó)物理學(xué)家赫爾姆霍次（H.HELMHALTZ）獨(dú)立得到的“能量守恒定律”，均遭權(quán)威雜志《物理學(xué)與化學(xué)年鑒》的主編披根道夫（J.POGGENDORFF）拒絕發(fā)表。英國(guó)著名醫(yī)生詹納（E.JENNER）研究近30年，發(fā)明了可拯救成千上萬(wàn)人生命的牛痘接種法，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)開(kāi)始竟拒絕發(fā)表。著名物理學(xué)家波爾茲曼（L.E.BOLTZMANN）因理論遭受種種詰難，而被逼成了精神病，最終含恨離世。

偉大的物理學(xué)家、化學(xué)家法拉第（M.FARADAY）曾感慨地說(shuō)“人類(lèi)最偉大的貢獻(xiàn)者在他們活著期間，通常沒(méi)有獲得優(yōu)厚的報(bào)酬，一個(gè)新思想獲得公認(rèn)需要的時(shí)間越長(zhǎng)，那么這個(gè)新思想就越真正具有創(chuàng)造性”。著名的物理學(xué)家普朗克（M.PLANCK）根據(jù)其自身經(jīng)歷，在其自傳中說(shuō)“一個(gè)新的科學(xué)理論不能通過(guò)說(shuō)服她的反對(duì)者并使其理解而獲勝，她的獲勝主要是由于其反對(duì)者終于死去而熟悉她的新一代成長(zhǎng)起來(lái)了”。他的這段話被人稱為“普朗克原理”。達(dá)爾文在《物種起源》一書(shū)的結(jié)尾有一段類(lèi)似論述：“我雖然完全確信本書(shū)以摘要形式所提出的各項(xiàng)觀點(diǎn)的真實(shí)性，但絕不能期望說(shuō)服那些有經(jīng)驗(yàn)的自然學(xué)者，因?yàn)樗麄兊念^腦已裝滿了在長(zhǎng)期歲月中用與我的觀點(diǎn)直接相反的觀點(diǎn)所觀察到的大量被曲解了的事實(shí)……。然而，我們滿懷信心地展望未來(lái)，期望年輕的新秀自然學(xué)者，他們將公平地觀察這個(gè)問(wèn)題的兩個(gè)方面”。

幾十年的研究經(jīng)歷，使我們認(rèn)識(shí)到“超時(shí)代”的發(fā)現(xiàn)和理論遭受壓制的普朗克原理，既有科學(xué)/真理因素，又有社會(huì)/利益因素?？茖W(xué)因素是指他們的思維方式和理論范式超越了當(dāng)今學(xué)術(shù)共同體的現(xiàn)行思維方式和理論范式。對(duì)此，創(chuàng)新者應(yīng)滿懷信心地展望未來(lái)，期待年輕學(xué)者領(lǐng)悟其創(chuàng)新內(nèi)容。另一方面，應(yīng)擴(kuò)大宣傳創(chuàng)新成果的學(xué)術(shù)范圍，獲得更廣泛的輿論支持。社會(huì)（利益）因素是指“超時(shí)代”的發(fā)現(xiàn)和理論，對(duì)當(dāng)今學(xué)術(shù)共同體的代表人物（權(quán)威）的學(xué)術(shù)成果和權(quán)威地位、甚至他們的行為和決策評(píng)價(jià)等諸多利益帶來(lái)沖擊。對(duì)此，創(chuàng)新者采用說(shuō)理的方式是徒勞的，唯有堅(jiān)定信念，增強(qiáng)創(chuàng)新成果實(shí)力，采用更廣泛的科學(xué)民主手段和發(fā)達(dá)的現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息工具才能突破重圍！或樂(lè)觀地等待后起之秀們作出歷史性的公正裁決。

7　結(jié)論

1）合金基因是配位原子團(tuán)中心的特征原子，它是載有電子結(jié)構(gòu)、物理和熱力學(xué)性質(zhì)，決定合金結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元。至今，QMAC和CALPHAD共同體的研究者們尚未認(rèn)識(shí)到，他們采用的自由原子系統(tǒng)中的量子態(tài)電子，組元原子狀態(tài)未分裂的組元原子、組元原子對(duì)和組元原子團(tuán)，以及合金晶胞和體積元等都不是合金系統(tǒng)中的基本結(jié)構(gòu)單元。他們更未認(rèn)識(shí)到尋找各類(lèi)材料系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)單元/材料基因是建立材料系統(tǒng)科學(xué)的首要任務(wù)。

2）合金基因Gibbs能配分函數(shù)是描述合金相的成分—合金基因Gibbs能級(jí)—合金基因占居Gibbs能級(jí)概率—溫度之間關(guān)系的函數(shù)，由它導(dǎo)出合金相的Gibbs能函數(shù)是合金基因Gibbs能的傳輸函數(shù)。至今，QMAC 和CALPHAD共同體的研究者們尚未認(rèn)識(shí)到采用組元原子狀態(tài)未分裂的組元原子、組元原子對(duì)和組元原子團(tuán)等建立所謂的“Gibbs能”函數(shù)都不是完整意義的Gibbs能函數(shù)，結(jié)構(gòu)單元的Gibbs能級(jí)與組態(tài)熵沒(méi)有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3）依據(jù)有序—無(wú)序平衡轉(zhuǎn)變的本質(zhì)定義和最小Gibbs能路徑法（合金基因Gibbs能平衡傳輸方式）， 建立了給定成分（x）合金的全息性能（q），有序度（σ）和溫度（T）關(guān)聯(lián)的三維qx,e-σ-T 和二維qe,x-T平衡全息網(wǎng)絡(luò)路徑圖。隨后便可建立單相合金系的三維qe-x -T 和3個(gè)二維qe,x-T、qe,T-x和Te,q-x平衡全息網(wǎng)絡(luò)相圖。由平衡全息網(wǎng)絡(luò)路徑圖和全息網(wǎng)絡(luò)相圖，可預(yù)知設(shè)計(jì)合金的平衡態(tài)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。至今，QMAC和CALPHAD共同體的研究者們尚未找到合金基因，也沒(méi)有建立合金基因Gibbs能傳輸函數(shù)，因而不能給出有序一無(wú)序平衡轉(zhuǎn)變的本質(zhì)定義和建立單相合金系的全息網(wǎng)絡(luò)相圖，不能預(yù)知設(shè)計(jì)合金的平衡態(tài)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。

4）依據(jù)有序一無(wú)序亞平衡轉(zhuǎn)變的本質(zhì)定義和實(shí)驗(yàn)混合焓路徑的合金基因濃度跟蹤法（合金基因Gibbs能亞平衡傳輸方式），建立了三維qx,s-σ-T 和二維qs,x-T 亞平衡全息網(wǎng)絡(luò)路徑圖。隨后便可建立單相合金系的三維qs-x-T和3個(gè)二維qs,x-T、qs,T-x和Ts,q-xSHNP相圖。由亞平衡全息網(wǎng)絡(luò)路徑圖和亞平衡全息網(wǎng)絡(luò)相圖，可預(yù)知設(shè)計(jì)合金的亞平衡態(tài)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。至今，CALPHAD和QMAC共同體的研究者們尚未建立合金基因濃度實(shí)驗(yàn)路徑跟蹤法，而是習(xí)慣將溫度緩慢變化所觀察到的現(xiàn)象誤認(rèn)為是熱力學(xué)平衡現(xiàn)象：① 錯(cuò)誤地將轉(zhuǎn)變過(guò)程中間的跳變溫度Tj視為轉(zhuǎn)變終止的臨界溫度Tc，盡管實(shí)驗(yàn)跳變有序度σj很高，對(duì)于AuCu化合物達(dá)到約0.8，以及實(shí)驗(yàn)跳變溫度以上數(shù)十度的溫度范圍內(nèi)還存在短程有序度。② 錯(cuò)誤地將與成分關(guān)聯(lián)的跳變溫度Tj-x線視為有序相和無(wú)序相之間的相界線。③ 錯(cuò)誤地將（RA-SA）機(jī)制引起的具有“相同成分”和“不同有序度”的亞平衡統(tǒng)計(jì)“區(qū)域尺度不均勻性”視為平衡有序相和無(wú)序相共存的兩相共存區(qū)。④ 他們主觀地認(rèn)為Au3Cu、AuCu和AuCu3型亞格子系統(tǒng)中的計(jì)量成分Au3Cu、AuCu和AuCu3化合物的臨界溫度cT分別位于最高點(diǎn)。根據(jù)以上錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)建立的Gibbs能函數(shù)和所謂的Au-Cu系平衡相圖都是錯(cuò)誤的（見(jiàn)附件圖B.1）。由此可知，由于沒(méi)有找到合金基因和合金基因Gibbs能傳輸函數(shù)，造成幾代科學(xué)家的精力、物力、財(cái)力和時(shí)間的浪費(fèi)不可估量。

6）實(shí)現(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)化、信息化和智能化設(shè)計(jì)與研發(fā)先進(jìn)合金”的路徑是建立HAPDS系統(tǒng)。HAPDS系統(tǒng)的思想基礎(chǔ)是“系統(tǒng)科學(xué)哲學(xué)”，其理論基礎(chǔ)是“系統(tǒng)金屬材料科學(xué)”（SMMS），其主體是合金基因工程，其設(shè)計(jì)與研發(fā)先進(jìn)合金的藍(lán)圖和操作平臺(tái)是“合金系全息網(wǎng)絡(luò)相圖”。至今，QMAC和CALPHAD共同體的研究者們尚未找到實(shí)現(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)化、信息化和智能化設(shè)計(jì)與研發(fā)先進(jìn)合金”的標(biāo)準(zhǔn)之路。

7）本課題組倡議建立的HAPDS系統(tǒng)基地/集團(tuán)是按照三化技術(shù)路徑建立的政產(chǎn)學(xué)研商相結(jié)合的新型社會(huì)組織形態(tài)，它是由政府引導(dǎo)，以HAPDS總部為中心，生產(chǎn)企業(yè)為主體，學(xué)校、科研院所和商業(yè)部門(mén)等利益相關(guān)單位共同參與、知識(shí)和技術(shù)共有、基礎(chǔ)設(shè)備共用、各盡其責(zé)和利益分享的命運(yùn)共同體。HAPDS系統(tǒng)基 地/集團(tuán)主要目標(biāo)和任務(wù)是：① 它將快速而又經(jīng)濟(jì)地設(shè)計(jì)與研發(fā)先進(jìn)合金，縮短先進(jìn)合金的研發(fā)周期（發(fā)現(xiàn)一設(shè)計(jì)一制造一應(yīng)用一開(kāi)發(fā)），節(jié)省人力和物質(zhì)資源。②它將逐步使先進(jìn)合金的設(shè)計(jì)與研發(fā)由“炒菜式”向“網(wǎng)絡(luò)化、信息化和智能化”轉(zhuǎn)變。③ 它將推動(dòng)系統(tǒng)金屬材料科學(xué)與合金基因工程的持續(xù)發(fā)展。④ 它將導(dǎo)致社會(huì)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)關(guān)系、生產(chǎn)方式和利益分配方式等發(fā)生深刻變化。

Alloy gene, holographic network phase diagrams and holographic alloy positioning design system

XIE You-qing1, 2, 3, LI Xiao-bo4, LIU Xin-bi1, 2, 3, PENG Hong-jian5, NIE Yao-zhuang6
（1.School of Materials Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China；
2.Powder Metallurgy Research Institute, Central South University, Changsha 410083，China；3.State Key Laboratory of Powder Metallurgy, Central South University, Changsha 410083, China；4.School of Materials Science and Engineering, Xiangtan University, Xiangtan 411105, China；5.School of Chemistry and Chemical Engineering, Central South University, Changsha 410083, China；6.School of Physics and Electronics, Central South University, Changsha 410083, China）

Taking Au-Cu system as an example and being guided by systematoic science philosophy, the following contents are introduced：the alloy gene （AG）sequences and Gibbs energy transmission function of AG-holographic information；equilibrium and subequilibrium transmission models on disordering AuCuI（）compound；the equilibrium holographic network phase diagrams （HNP）of Au3Cu-, AuCu- and AuCu3-type sublattice systems.The buleprints to predicate holographic information for designing advanced alloys are the equilibrium and subequilibrium HNP-diagrams of Au-Cu system, which describe the relationships among component, composition, structure, propertiesand temperature.The road algorithms to realize network, information and intelligence designing advanced alloys are that “basic component system—AG-sequences—equilibrium HNP-diagrams of sublattice systems—equilibrium and subequilibrium HNP-diagrams of alloy system—AG-engineering—holographic knowledge and database”, which is called as the holographic alloy positioning design system （HAPDS）.

Au-Cu system；alloy gene sequences；equilibrium and subequilibrium holographic network phase diagrams；holographic alloy positioning design system；systematic metal materials science

TG131

A

1004-0609（2015）10-2798-46

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51071181）；湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2013FJ4043）

2015-04-15；

2015-07-14

謝佑卿，教授；電話：0731-88879287；E-mail：xieyouq8088@163.com