Diagramas de cambio de estado

Las materias primas utilizadas en cerámica no son sustancias químicamente puras y por ello al fusionarse no dan una fase única.

Una sustancia pura es sólida y cristalina y cuando llega a una temperatura (llamada de fusión) pasa a ser líquida.

Pero las materias primas cerámicas se fusionan en distintas fases heterogéneas de diferente composición química. En la mayoría de los casos, una de las fases es líquida y el comportamiento de la mezcla o sistema depende en gran medida de su naturaleza y cantidad. 

El principio fundamental que rige las condiciones de equilibrio entre fases es el expresado por la ley de Gibbs, la cual, en su forma más simple, establece que:

En todo sistema en equilibrio el número de fases más grados de libertad ha de ser igual al número de componentes más dos:

F + L = C + 2

Los grados de libertad serán las variaciones en presión temperatura. Pero la presión puede considerarse constante en las cocciones cerámicas, por lo que L =1. Podemos decir que la ley de Gibbs queda así:

F + L = C + 1

Para un sistema con mezcla de 2 componentes (C = 2), por tanto, tendremos 3 fases, de las cuales una fase será líquida y 2 fases serán sólidas. Si tenemos 3 componentes tendremos durante la fusión 4 fases, siendo una de ellas líquida y 3 sólidas.

En los compuestos cerámicos, el número de componentes suele ser bastante mayor, por lo que el análisis de los cambios de estado puede llegar a ser extremadamente complejo.

Los diagramas de cambio de estado son herramientas que nos permiten entender los procesos de fusión de mezclas de varios componentes.

Cuando sólo tenemos dos componentes en la mezcla se realizan los diagramas binarios de fases que muestran cómo se funde la mezcla dependiendo de la proporción que tengamos de cada componente.

Cuando tenemos 3 componentes en la mezcla se realizan los llamados diagramas triaxiales de fases.

A partir de 3 componentes es muy complicado realizar un diagrama único que muestre el ciclo de cambios de estado de las mezclas.

Por ejemplo, para 4 componentes A, B, C y D es muy común realizar diagramas triaxiales donde se estudia la mezcla de A, B y (10%C + 90%D), o sea dos de los componentes mezclados entre sí con una proporción fija se consideran como uno. Habría que hacer otro diagrama triaxial para los componentes A, B y (20%C + 80%D), y así sucesivamente para cubrir todas las proporciones entre los componentes C y D.

Diagramas de fases binarios

Diagramas de fases triaxiales

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