Termodinámica ab initio del Compound Energy Formalism y su aplicación al tratamiento CALPHAD de fases intermetálicas. Un estudio que involucra los sistemas Cu-In-Sn y Ni-In-Sn

RAMOS DE DEBIAGGI S.; G. F. CABEZA; C. DELUQUE TORO; A. FERNÁNDEZ GUILLERMET

San Carlos de Bariloche

Congreso; 98ª Reunión Nacional de Física de la Asociación Física Argentina; 2013

Centro Atómico Bariloche

Un objetivo clave de la Teoría de los Materiales es el desarrollo de métodos confiables para establecer diagramas de fases de sistemas binarios y multicomponentes. Entre las principales metodologías usadas actualmente para obtener la información pertinente cabe mencionar, por una parte, las técnicas CALPHAD ("Calculation of Phase Diagrams") y por otra, los denominados "métodos ab initio". El método CALPHAD, que tiene sus raíces en la termodinámica clásica y química, se basa en la construcción de la función de Gibbs (G) de cada una de las fases involucradas en el diagrama de equilibrio. A tal fin se utilizan modelos fenomenológicos que incluyen parámetros ajustables, los cuales se evalúan a partir de la información experimental disponible. Partiendo de datos termodinámicos sobre los elementos el método CALHAD aborda la descripción de los sistemas binarios. Posteriormente, combinando las funciones G binarias se construyen las de los sistemas ternarios y así sucesivamente. La experiencia indica que, en ciertos casos, las propiedades de los sistemas ternarios pueden ser estimadas combinando las funciones G de los subsistemas binarios. Para esta metodología surgen dificultades cuando la información disponible es insuficiente para una evaluación de los parámetros de los modelos para G. Un caso de particular interés es el tratamiento de fases intermetálicas (FIs) binarias y ternarias mediante el "Compound Energy Formalism" (CEF). En tal caso es preciso determinar las propiedades termodinámicas de FIs que en muchos casos son no estables, algunas veces metaestables y con frecuencia hipotéticas. En tales casos la determinación de los parámetros ajustables suele no contar con la información necesaria para producir parámetros termodinámicos (y extrapolaciones) confiables. El tema de este trabajo es la posibilidad de abordar esta dificultad mediante cálculos ab initio de las propiedades termodinámicas de todas las FIs involucradas en el CEF. A tal fin se consideran, como casos piloto, las FIs clave presentes en los sistemas Cu-In-Sn y Ni-In-Sn. El estudio realizado permite identificar tres áreas problemáticas. La primera incluye las discrepancias de diversa magnitud entre la energía de formación de las FIs estables a T=0 K y los experimentos a T=298 K. La segunda involucra el problema de la estabilidad relativa de FIs que representan en realidad fases no estables de elementos (Cu, Ni, In o Sn). Este problema, que ha sido discutido con anterioridad en relación con las estructuras más comunes (bcc, fcc o hcp) de los metales de transición adquiere importancia nuevamente en relación con la aplicación de ciertos modelos para FIs binarias no estequiométricas. Por último, aparece el problema del diseño (en el marco del CEF) de modelos específicos para FIs ternarias.