Diagramas fases
Páginas: 12 (2967 palabras)
Publicado: 22 de diciembre de 2010
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
Ciencia de Materiales
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...
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
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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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