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Química de Materiales Cerámicos – Notas del TEMA 6 – Profesor Javier Alarcón

Tema 6. Diagramas de fase en materiales cerámicos

¿Qué son los diagramas de equilibrio ?
Son representaciones de temperatura (en algunas ocasiones presión) frente a
composición, en las que de una manera gráfica se resumen los intervalos de temperatura
(o presión) en los que ciertas fases, o mezclas de fases,existen en condiciones de
equilibrio termodinámico
A partir de los diagramas se puede deducir el efecto de la temperatura sobre los
sólidos y las reacciones que pueden producirse entre sólidos
Aunque estos diagramas se aplican en condiciones de equilibrio termodinámico,
en la práctica son muy útiles en condiciones de no equilibrio
Fundamentos de los diagramas de fase
Los diagramas deequilibrio de fases se basan en la regla de las fases :
F + L = C + 2, siendo F, L y C, el número de fases, los grados de libertad y el número de
componentes, respectivamente.
En este tema vamos a partir de la regla de las fases como relación contrastada
experimentalmente
Además vamos a limitarnos al estado sólido y líquido, a diferencia de otros
enfoques en los que se da más importancia a losestados líquido y gas (vapor)
En general no se consideraran sistemas en los que se presente el estado
gaseoso, por lo que al ser la presión constante (atmosférica) se puede utilizar la regal de
las fases simplificada, F + L = C + 1
Definiciones : fases, componentes y libertades

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El número defases es el número de porciones del sistema distintas físicamente y
separables mecánicamente, siendo cada fase homogénea
Sistema constituido por mezclas de CaCO3 (creta) y SiO2 (arena)
Sistema constituido por mezclas de MgSiO3 (enstatita) y Mg2SiO4 (forsterita)
Sistema constituido por mezclas de dos polimorfos, α- y β-Ca2SiO4, formas estable y
metaestable, respectivamente
Sistema constituidopor una disolución sólida, AlCrO3
¡En el estado líquido (vítreo), el número de fases homogeneas separadas es mucho
más limitado que en estado sólido !
El número de componentes es el número de constituyentes del sistema que pueden
sufrir variación independiente en las diferentes fases. Alternativamente, podemos
definirlo como el número mínimo de constituyentes necesarios para describircompletamente la composición de las fases presentes en el sistema concreto
Todos los silicatos de calcio cristalinos pueden considerarse constituidos a partir de
CaO y SiO2
Se forman cuatro fases cristalinas estables en el sistema CaO-SiO2
CS, C3S2, C2S y C3S
El número de grados de libertad es el número de factores variables independientes,
tomados de entre la temperatura, presión y composición delas fases. Es decir, es el
número de estas variables que deben especificarse para que el sistema quede
completamente definido.
El sistema H2O(l) - H2O(v) es univariante, solo es necesario un grado de libertad,
presión o temperatura, para describir completamente el sistema en equilibrio
Una disolución sólida en el sistema Al2O3-Cr2O3 es bivariante, es necesario
especificar la composición yla temperatura para describir el equilibrio del sistema
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Criterios prácticos para establecer la posible condición de equilibrio de un
sistema
La condición de equilibrio de un sistema desde el punto de vista termodinámico queda
definida con precisión, ya que en dicho estado no se producetransferencia de energia
útil en el sistema
¡Experimentalmente es difícil establecer si un sistema se encuentra en equilibrio !
Se utilizan los siguientes criterios respondiendo a las siguientes preguntas
¿Se producen cambios en la fase o conjunto de fases en el sistema con el tiempo,
manteniendo las demás variables constantes ?
Sabemos que los óxidos CaO y SiO2 pueden coexistir conjuntamente sin...