Reaccion en estado solido

Tema 1:
“REACCIÓN EN ESTADO SÓLIDO”
Asignatura:
MÉTODOS DE PREPARACIÓN DE MATERIALES CERÁMICOS

26 AGOSTO 2010

INTRODUCCIÓN
El interés en las propiedades de los sólidos y el desarrollo
de nuevos materiales han originado una gran variedad de
métodos para prepararlos.
El método seleccionado para preparar cualquier solido no
solo dependerá de la composición del mismo, sino incluso
dela forma requerida en su aplicación final.

REACCIÓN EN ESTADO SÓLIDO


Es la forma mas simple y común de preparar sólidos. Este
método consiste en la mezcla de reactantes en forma de
polvos, pueden comprimirse en forma de pellets, o alguna
otra forma y luego calentarse en un horno por periodos
prolongados.



Consiste en tomar cantidades estequiometricas de los
óxidos binarios, ypulverizarlos en un mortero para dar un
pequeño tamaño uniforme a la partícula, y luego calentarlo
en un horno por varias horas en un crisol de alúmina u otro
material.

GENERALIDADES DEL MÉTODO


Este método es intrínsecamente lento.



Los reactantes pueden ser bien mezclados a un nivel de
partículas individuales (escala de 1μm o 10-2 mm),



La mezcla a nivel atómico no esmuy homogénea



Se requiere una gran cantidad de precursor.



Altas temperaturas son requeridas (500-2000 °C)

¿POR QUE ES REQUERIDA MUCHA ENERGÍA?


Se requiere introducir una gran cantidad de energía debido
al alto numero de coordinación de los compuestos binarios
iónicos, variando de 4 a 12 dependiendo sobre el tamaño o
carga del ion, y este toma mucha energía parasuperar la
energía de la estructura entonces el catión puede dejar su
posición en la estructura y difundirse hacia un sitio
diferente.



Por otra parte, hay que considerar que la fase o
compuesto deseado podría ser inestable o descomponerse
a esas temperaturas



En general los sólidos no son llevados a su punto de fusión,
y entonces las reacciones ocurren en estado solido.



Lasreacciones en estado solido únicamente pueden
llevarse acabo en la interfase de dos sólidos y una vez que
la capa de la superficie ha reaccionado, la reacción
continua tanto los reactantes se difundan de la masa a la
interfase.



Incrementando la temperatura permite que la reacción de
la interfase y la difusión hacia el solido sea mas rápida que
a temperatura ambiente.



Cabehacer mención que en este método, en algunas
ocasiones se utiliza algún medio líquido como etanol, con
el objetivo de facilitar la homogeneización en la mezcla, a
fin de evitar aglomeración de los compuestos durante la
síntesis.



El proceso de reacción en estado sólido, se lleva a cabo en
tres etapas simultáneas: la formación de cuellos, la
concentración de poros y el crecimiento degrano.

Modelo de dos esferas que muestran el desarrollo de un cuello de
sinterización entre las dos partículas, que finalmente coalescen formando
una partícula mayor.

Adhesión Contacto Puntual

Etapa Inicial:
Crecimiento de Cuello
(tiempo corto)

Etapa Intermedia:
Densificación: Crecimiento de Cuello
(tiempo largo)
Etapa Final:
Coalescencia de las esferas
(tiempo infinito)ETAPA INICIAL:
FORMACIÓN DE CUELLOS


Esta etapa se caracteriza por el crecimiento de los cuellos
de sinterización entre partículas. Virtualmente no hay
aumento en el tamaño de las partículas, y la densificación
prosigue con el aumento del tamaño de los cuellos de
sinterización.



Este proceso continúa hasta que los diámetros de cuello
han aumentado entre un quinto y un tercio dediámetro de
las partículas y finaliza cuando se alcanza una
concentración de 3-5%; con un aumento en la densidad de
~ 65% de la teórica (si operan los mecanismos de
densificación) o cuando la relación de tamaño de cuello,
X/D, adquiere un valor ≤0.3.

La cinética del crecimiento del cuello se expresa de manera
general por la ecuación:

Donde t es el tiempo de sinterización isotérmico y B...