Utente:BeccoTrucchino/CALPHAD
CALPHAD e' un acronimo di per CALculation of PHAse Diagrams, una metodologia introdotta nel 1970 da Larry Kaufman. [1] [2] , che ha trova una serie di importanti applicazioni nella scienza e nella tecnologia dei metalli, permettendo il calcolo dei diagrammi diagrammi di stato binari e multicomponente [3] [4] [5] L'approccio CALPHAD si basa sul fatto che un diagramma di fase è una manifestazione delle proprietà termodinamiche di equilibrio del sistema, che sono la somma delle proprietà delle singole fasi. [6] È quindi possibile calcolare un diagramma di fase valutando prima le proprietà termodinamiche di tutte le fasi di un sistema.
Metodologia
[modifica | modifica wikitesto]Con il metodo CALPHAD si raccolgono non solo tutte le informazioni sperimentali sugli equilibri di fase in un sistema ma anche le informazioni termodinamiche ottenute da studi termochimici e termofisici. [7] A partire dalle proprieta' termodinamiche degli elementi, attraverso dei modelli di cresecente complessita', si possono rappresentare con modello matematico a parametri regolabili che vengono ottimizzati. La filosofia del metodo CALPHAD consiste nell'ottenere una descrizione coerente del diagramma di fase e delle proprietà termodinamiche in modo da prevedere in modo affidabile l'insieme delle fasi stabili e le loro proprietà termodinamiche in regioni prive di informazioni sperimentali e per stati metastabili durante simulazioni di trasformazioni di fase .
Modelli termodinamici di una singola fase
[modifica | modifica wikitesto]Ci sono due fattori cruciali per il successo del metodo CALPHAD. Il primo fattore è trovare modelli matematici realistici e convenienti per l' energia di Gibbs per ciascuna fase. L'energia di Gibbs viene utilizzata perché la maggior parte dei dati sperimentali è stata determinata a temperatura e pressione note e qualsiasi altra quantità termodinamica può essere calcolata da essa. Non è possibile ottenere una descrizione esatta del comportamento dell'energia di Gibbs di un sistema multicomponente con espressioni analitiche. È quindi necessario identificare le caratteristiche principali e su di esse basare i modelli matematici. La discrepanza tra modello e realtà è infine rappresentata da un'espansione della serie di potenze in temperatura, pressione e costituzione della fase. I parametri regolabili di queste descrizioni del modello sono raffinati per riprodurre i dati sperimentali. Il punto di forza del metodo CALPHAD è che le descrizioni dei sottosistemi costituenti possono essere combinate per descrivere un sistema multicomponente.
Calcoli di equilibrio
[modifica | modifica wikitesto]Il secondo fattore cruciale è la disponibilità di software per computer per il calcolo degli equilibri e vari tipi di diagrammi e database con le informazioni valutate memorizzate. Poiché attualmente esistono diversi tipi di modelli utilizzati per diversi tipi di fasi, sono disponibili diversi database termodinamici, gratuiti o in commercio, per diversi materiali come acciai, superleghe, materiali semiconduttori, soluzioni acquose, scorie, ecc. Esistono anche diversi tipi di software disponibili che utilizzano diversi tipi di algoritmi per calcolare l'equilibrio. È un vantaggio se il software consente di calcolare l'equilibrio utilizzando molti diversi tipi di condizioni per il sistema, non solo la temperatura, la pressione e la composizione complessiva perché in molti casi l'equilibrio può essere determinato a volume costante o a un determinato potenziale chimico di un elemento o di una data composizione di una particolare fase.
Applicazioni
[modifica | modifica wikitesto]CALPHAD ha avuto un inizio lento negli anni '60 ma sofisticati sistemi di banca dati termodinamici hanno iniziato ad apparire negli anni '80 e oggi ci sono diversi prodotti commerciali sul mercato, ad es. FactSage, MTDATA, PANDAT, MatCalc, JMatPro e Thermo-Calc, nonché codici open source come OpenCalphad, [8] PyCalphad ed ESPEI (vedere "Link esterni" di seguito). Sono utilizzati nella ricerca e nello sviluppo industriale (es. software PrecipiCalc di QuesTek Innovations e Materials by Design Technology), dove fanno risparmiare grandi quantità di tempo e risorse riducendo il lavoro sperimentale e rendendo disponibili previsioni termodinamiche per sistemi multicomponente che potrebbero essere praticamente irraggiungibile senza questo approccio. Esiste una rivista con questo nome in cui vengono pubblicati recenti risultati scientifici, ma articoli scientifici che descrivono l'uso dei metodi CALPHAD sono pubblicati anche in molte altre riviste.
Guarda anche
[modifica | modifica wikitesto]- Diagramma di fase
- Energia di Gibbs
- Entalpia di miscelazione
- Il modello di Miedema
- Termodinamica computazionale
Riferimenti bibliografici
[modifica | modifica wikitesto]- ^ Kaufman L., ISBN 0-12-402050-X.
- ^ vol. 13, DOI:10.4322/2176-1523.1059, https://oadoi.org/10.4322/2176-1523.1059.
- ^ Lukas H. L., ISBN 978-0521868112, OCLC 663969016.
- ^ Saunders N., ISBN 0-08-042129-6.
- ^ vol. 49, DOI:10.1016/S0079-6425(03)00025-2, https://oadoi.org/10.1016/S0079-6425(03)00025-2.
- ^ Zi-Kui Liu, ISBN 9780521198967, OCLC 960196125.
- ^ Fabrichnaya Olga B., ISBN 9783662105047, OCLC 851391370.
- ^ DOI:10.1016/j.calphad.2021.102330, https://oadoi.org/10.1016/j.calphad.2021.102330.
Link esterni
[modifica | modifica wikitesto]- Sito ufficiale dell' organizzazione scientifica CALPHAD
- Raccolta di database creato dall' Istituto di Scienze diagramma di fase computazionale (CPDDB), accesso gratuito con una registrazione
- Open Calphad
- Motore di ricerca di DataBase Termodinamici
- Software commerciale Thermo-Calc
- Pandat (multicomponente e un'ampia varietà di applicazioni) Archiviato il 1º febbraio 2021 in Internet Archive.
- Matcalc (gratuito fino a tre componenti, database aperti disponibili) Archiviato il 24 maggio 2018 in Internet Archive.
- PyCalphad: termodinamica computazionale basata su CALPHAD in Python
- ESPEI: Infrastruttura estensibile per gli equilibri di fase auto-ottimizzanti
- Materiali Genome Foundation
[[Categoria:Transizioni di fase]]