Diagramas fases

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Ciencia de Materiales Tema 4

Tema 4. Materiales Cerámicos y Vidrios
• • • • • • 4.1 Cerámicos cristalinos. 4.2 Diagramas de fase 4.3 Vidrios y vitrocerámicos 4.4 Propiedades de cerámicos y vidrios 4.5 Procesado de materiales cerámicos y vidrios 4.6 Aplicaciones

4.2. Diagramas de Fase. 4.2.1. Definiciones y conceptos generales. 4.2.2. Diagramas de equilibrio de fases. Diagrama eutéctico.Diagrama peritéctico. La regla de la palanca. 4.2.3. Diagramas binarios de interés.

Diagramas de fase

Ciencia de Materiales

Diagrama de Fases.  El comportamiento de sólidos, líquidos y gases bajo condiciones externas variables, tales como la temperatura y la presión, se expresa mediante un diagrama de fases o diagrama de estabilidad.  Su entendimiento es importante por la relación queexiste entre microestructura y propiedades mecánicas y porque el desarrollo de una microestructura concreta está relacionado con las características de su diagrama de fases.  Proporcionan una imagen visual de qué material o grupo de materiales es estable, en relación a otros, para unas condiciones específicas.

CONCEPTOS FUNDAMENTALES Se considera que una fase es una sustancia homogénea conuna serie bien definida de propiedades físicas y químicas. Las fases de un sistema pueden estar compuestas de especies químicas independientes llamadas componentes.  Componentes son el número mínimo de entidades químicas diferentes necesarias para definir las composiciones de todas las fases de un sistema.

EJEMPLO: El compuesto H2O se presenta en tres fases; fase sólida, fase líquida y fasevapor. El sistema está constituido por una componente (H2O – no H2 y O) y tres fases.

Diagramas de fase

Ciencia de Materiales

 En el sistema disolución agua‐azúcar / azúcar sólido, la disolución es una  fase y el azúcar sólido otra. Cada una es química y físicamente diferente.

Dos fases Una fase

 El agua y el hielo juntos son dos fases distintas de un mismo componente. Si una sustancia puede existir en dos o mas formas distintas (por ejemplo  tener estructuras FCC y  BCC como el Fe) cada una de las estructuras es  una fase separada ya que difieren sus propiedades físicas.

Diagramas de fase

Ciencia de Materiales

 Diagramas de fases son la representación gráfica de los márgenes de temperatura, presión y composición en los que ciertas fases o mezclas de fases existenen condiciones de equilibrio termodinámico.  Los diagramas de fase son útiles porque proporcionan una imagen visual de la fase estable en relación a otras, para una serie específica de condiciones externas.  El concepto de estabilidad en un sistema químico está relacionado con la energía del sistema.  Para caracterizar la energía contenida en un sistema, la termodinámica utiliza dos funciones:Energía interna = U Entalpía = H ΔU = ΔQ - PΔV ΔH = ΔU + PΔV
(1er principio de la T.)

Energía libre de un sistema: ΔG = ΔH - TΔS ΔG = ΔU + PΔV - TΔS
(3er principio de la T.)

Diagramas de fase

Ciencia de Materiales

 La energía libre y los diagramas aportan información sobre el equilibrio de  un sistema, pero no informan del tiempo necesario para alcanzar ese  equilibrio.

 Aveces el equilibrio no se alcanza nunca y se llama estado de no equilibrio o metaestable

Diagramas de fase

Ciencia de Materiales

 El segundo principio de la termodinámica relaciona los cambios de energía interna de un sistema (a P y T cte) con la variación del grado de orden (o desorden) del mismo. dQ / T = dS A Tª baja , estado más ordenado y menor S. A Tª alta, aumenta el desorden. Para un sistema en equilibrio a P y T ctes, La energía libre de Gibbs es mínima, y en el equilibrio se cumple que la energía de los productos es igual a la energía de los reactivos: GR = GP ; dG = 0

Diagramas de fase

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Representación tridimensional del espacio G-T-P con superficies de energía libre de Gibbs para dos minerales A y B. Donde se cortan las superfícies...
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