CALPHADย่อมาจากCALculation of PHAse Diagramsซึ่งเป็นวิธีการที่ Larry Kaufman นำเสนอในปี 1970 ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}แผนภาพเฟสสมดุลโดยทั่วไปจะเป็นแผนภาพที่มีแกนสำหรับอุณหภูมิและองค์ประกอบของระบบเคมี โดยจะแสดงบริเวณที่สารหรือสารละลาย (เช่น เฟส) มีเสถียรภาพ และบริเวณที่สารสองชนิดขึ้นไปอยู่ร่วมกัน แผนภาพเฟสเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพมากในการทำนายสถานะของระบบภายใต้เงื่อนไขต่างๆ และในตอนแรกเป็นวิธีการเชิงกราฟิกเพื่ออธิบายข้อมูลการทดลองเกี่ยวกับสถานะสมดุล ในระบบที่ซับซ้อน วิธีการคำนวณเช่น CALPHAD ถูกนำมาใช้เพื่อสร้างแบบจำลองคุณสมบัติทางเทอร์โมไดนามิกสำหรับแต่ละเฟสและจำลองพฤติกรรมเฟสหลายองค์ประกอบ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}แนวทาง CALPHAD ขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าแผนภาพเฟสเป็นการแสดงออกของคุณสมบัติทางเทอร์โมไดนามิก สมดุล ของระบบ ซึ่งเป็นผลรวมของคุณสมบัติของแต่ละเฟส^{[ 7 ]}ดังนั้นจึงสามารถคำนวณแผนภาพเฟสได้โดยการประเมินคุณสมบัติทางเทอร์โมไดนามิกของทุกเฟสในระบบก่อน

ด้วยวิธี CALPHAD จะรวบรวมข้อมูลการทดลองทั้งหมดเกี่ยวกับสมดุลเฟสในระบบและข้อมูลทางเทอร์โมไดนามิกทั้งหมดที่ได้จากการศึกษาเทอร์โมเคมีและเทอร์โมฟิสิกส์^{[ 2 ]}จากนั้นจะอธิบายคุณสมบัติทางเทอร์โมไดนามิกของแต่ละเฟสด้วยแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่มีพารามิเตอร์ที่ปรับได้ พารามิเตอร์เหล่านี้จะถูกประเมินโดยการปรับแบบจำลองให้เข้ากับข้อมูลทั้งหมด รวมถึงเฟสที่อยู่ร่วมกันด้วย จากนั้นจึงสามารถคำนวณแผนภาพเฟสและคุณสมบัติทางเทอร์โมไดนามิกของทุกเฟสใหม่ได้ ปรัชญาของวิธี CALPHAD คือการได้คำอธิบายที่สอดคล้องกันของแผนภาพเฟสและคุณสมบัติทางเทอร์โมไดนามิก เพื่อให้สามารถทำนายชุดของเฟสที่เสถียรและคุณสมบัติทางเทอร์โมไดนามิกได้อย่างน่าเชื่อถือในบริเวณที่ไม่มีข้อมูลการทดลองและสำหรับสถานะ กึ่งเสถียร ในระหว่างการจำลอง การเปลี่ยนแปลงเฟส

มีปัจจัยสำคัญสองประการที่ทำให้วิธีการ CALPHAD ประสบความสำเร็จ ปัจจัยแรกคือการค้นหาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่สมจริงและสะดวกสำหรับพลังงานกิบส์ในแต่ละเฟส พลังงานกิบส์ถูกนำมาใช้เนื่องจากข้อมูลการทดลองส่วนใหญ่ถูกกำหนดที่อุณหภูมิและความดันที่ทราบ และปริมาณทางเทอร์โมไดนามิกอื่นๆ สามารถคำนวณได้จากพลังงานกิบส์ การอธิบายพฤติกรรมของพลังงานกิบส์ของระบบหลายองค์ประกอบด้วยสูตรวิเคราะห์นั้นเป็นไปไม่ได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องระบุคุณลักษณะหลักและสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์บนพื้นฐานของคุณลักษณะเหล่านั้น ความคลาดเคลื่อนระหว่างแบบจำลองกับความเป็นจริงจะถูกแสดงโดยการขยายอนุกรมกำลังในอุณหภูมิ ความดัน และองค์ประกอบของเฟส พารามิเตอร์ที่ปรับได้ของคำอธิบายแบบจำลองเหล่านี้จะถูกปรับปรุงเพื่อให้ได้ข้อมูลที่สอดคล้องกับข้อมูลการทดลอง จุดแข็งของวิธีการ CALPHAD คือสามารถรวมคำอธิบายของระบบย่อยต่างๆ เข้าด้วยกันเพื่ออธิบายระบบหลายองค์ประกอบได้

ปัจจัยสำคัญประการที่สองคือ ความพร้อมใช้งานของซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์สำหรับการคำนวณสมดุล และแผนภาพและฐานข้อมูลประเภทต่างๆ ที่จัดเก็บข้อมูลที่ประเมินแล้ว เนื่องจากปัจจุบันมีแบบจำลองหลายประเภทที่ใช้สำหรับเฟสต่างๆ จึงมีฐานข้อมูลทางเทอร์โมไดนามิกหลายแห่งให้เลือกใช้ ทั้งแบบฟรีและเชิงพาณิชย์ สำหรับวัสดุต่างๆ เช่น เหล็ก โลหะผสมพิเศษวัสดุเซมิคอนดักเตอร์สารละลายในน้ำตะกรันเป็นต้นนอกจากนี้ยังมีซอฟต์แวร์หลายประเภทที่ใช้อัลกอริทึมต่างๆ ในการคำนวณสมดุล จะเป็นประโยชน์อย่างยิ่งหากซอฟต์แวร์นั้นอนุญาตให้คำนวณสมดุลโดยใช้เงื่อนไขต่างๆ ของระบบ ไม่ใช่แค่เพียงอุณหภูมิ ความดัน และองค์ประกอบโดยรวมเท่านั้น เพราะในหลายกรณี สมดุลอาจถูกกำหนดที่ปริมาตรคงที่ หรือที่ศักยภาพทางเคมี ที่กำหนด ของธาตุ หรือองค์ประกอบที่กำหนดของเฟสใดเฟสหนึ่ง

CALPHAD เริ่มต้นอย่างช้าๆ ในช่วงทศวรรษที่ 60 แต่ระบบธนาคารข้อมูลเทอร์โมไดนามิกที่ซับซ้อนเริ่มปรากฏขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 80 และในปัจจุบันมีผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์หลายรายการในตลาด เช่น FactSage, MTDATA, PANDAT, MatCalc, JMatPro และ Thermo-Calc รวมถึงรหัสโอเพนซอร์ส เช่น OpenCalphad, ^{[ 8 ]} PyCalphad และ ESPEI มีการนำไปใช้ในการวิจัยและการพัฒนาอุตสาหกรรม (เช่น ซอฟต์แวร์ PrecipiCalc และMaterials by Design Technology) ซึ่งช่วยประหยัดเวลาและทรัพยากรจำนวนมากโดยการลดงานทดลองและทำให้สามารถคาดการณ์เทอร์โมไดนามิกสำหรับระบบหลายองค์ประกอบซึ่งแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยหากไม่มีวิธีการนี้ มีวารสารชื่อนี้ที่ตีพิมพ์ความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์ล่าสุด แต่บทความทางวิทยาศาสตร์ที่อธิบายการใช้วิธีการ CALPHAD ก็ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารอื่นๆ อีกมากมายเช่นกัน

• แผนภาพเฟส
• พลังงานของกิบบส์
• เอนทาลปีของการผสม
• แบบจำลองของมีเดมา
• อุณหพลศาสตร์เชิงคำนวณ
• ฐานข้อมูลทางเทอร์โมไดนามิกสำหรับสารบริสุทธิ์

• เว็บไซต์อย่างเป็นทางการของ CALPHAD