P7.- En el sistema SiO2-Al2O3 de Bowen & Greig un material del 70% en peso de alúmina se funde a ~1980ºC y se deja enfriar en aire hasta 1400ºC. Construir una gráfica mostrando cómo la temperatura variará en función del tiempo durante el enfriamiento. En un crisol de Mullita (3Al2O3·2SiO2) pura se funde sílice pura a 1750º C. ¿Que cantidad de Mullita se disolverá en el fundido?.
Al2O3 SiO2 N.L.Bowen & J.W.Greig (1924) Temperatura ºC 3Al2O3·2SiO2 CRISTOBALITA + MULLITA MULLITA + LÍQUIDO CRISTIBALITA + LÍQUIDO CORINDÓN + MULLITA 3Al2O3·2SiO2 Al2O3 SiO2 20 40 60 80 LÍQUIDO 2000 1900 1800 1700 1600 1500 Temperatura ºC 2023 ºC P PERITECTICO REGLA DE LAS FASES:F + L = C + 1 E EUTECTICO COMPUESTO INTERMEDIO PUNTO DE FUSIÓN INCONGRUENTE
Al2O3 SiO2 N.L.Bowen & J.W.Greig (1924) Temperatura ºC 3Al2O3·2SiO2 REGLA DE LAS FASES:F + L = C + 1, si C = 2 nos queda: F+L=3 181010 ºC 15455 ºC N.L.Bowen & J.W.Greig (1924) CRISTOBALITA + MULLITA MULLITA + LÍQUIDO CRISTIBALITA + LÍQUIDO CORINDÓN + MULLITA 3Al2O3·2SiO2 Al2O3 SiO2 20 40 60 80 LÍQUIDO 2000 1900 1800 1700 1600 1500 Temperatura ºC 2023 ºC a a' Tiempo → Temperatura F=1 L=2 b b' F=2 L=1 c c' c' F=3 L=0 32% F=2 L=1 e' e e' F=3 L=0 d' F=2 L=1 Reacción peritéctica Reacción eutéctica
DIAGRAMA EUTECTICO --- LINEA LIQUIDUS --- LINEA SOLIDUS
Al2O3 SiO2 Temperatura ºC 3Al2O3·2SiO2 CRISTOBALITA + MULLITA MULLITA + LÍQUIDO CRISTIBALITA + LÍQUIDO CORINDÓN + MULLITA 3Al2O3·2SiO2 Al2O3 SiO2 20 40 60 80 LÍQUIDO 2000 1900 1800 1700 1600 1500 Temperatura ºC 2023 ºC L M S 1750 32% %Mullita disuelto = (SL/SM)·100 = 43.6 %
P10.- Haciendo uso de los sistemas binarios SiO2 - CaO y SiO2 - Al2O3 de las figuras que se adjuntan, determinar la curva que nos la cantidad de fase líquida en función de la temperatura cuando se añade un 2 % de CaO o un 2 % de Al2O3 a la sílice, comparando el efecto fundente de los dos óxidos sobre la sílice. ¿Cuál es el más perjudicial? ¿Qué consecuencia práctica se puede deducir de dicho resultado? ¿Qué se añadiría a la sílice para aglomerarla cerámicamente, cal o alúmina?. Razonar brevemente las respuestas.
Temperatura (ºC) % Fase líquida 1436+ε (AB/BE)100 = 5.6 1600 (FC/FD)100 = 6.3 1707-ε (IG/HI)100 = 7.1 1707+ε 100
Temperatura (ºC) % Fase líquida 1595+ε (AB/BC)100 = 33.3 1650 (FD/FG)100 = 50 1700+ε 100
Al2O3 CaO
P54.- Construir un sistema binario hipotético L – G, que cumpla las siguientes condiciones: a).-El componente L funde a 1600º C b).-El componente G funde a 1700º C c).-El compuesto LG funde congruentemente a 1500º C d).-El compuesto LG90 funde incongruentemente a 1450º C dando G y un líquido de composición 86% de G y 14% de L e).-LG es soluble en L formando una solución sólida γ. El máximo de LG soluble en L es el 10 % expresado en G%. Este máximo se encuentra a 1300º C. f).-L es soluble en LG formando una solución sólida β. El máximo de L soluble en LG es el 12 %. Este máximo se encuentra a 1300º C. g).-Hay un eutéctico entre γ y β a 1300º C (localizado a 30% G, 70% L). h).-Dos líquidos coexisten en equilibrio por encima de 1450º C entre el 55 % y el 72 % de G. i).-Hay un punto eutéctico entre LG y LG90 a 1300º C y una composición del 80% de G y 20% de L.
+ L + β Líquido L1+L2 β + L β + L β L LG LG90 G 1300 1500 1100 900 1700 Líquido L1+L2 + L β + L + β 1450 55% 72% β + L β LG90 + G β + LG90 10 50 70 90 30 12% 86% L LG LG90 G Moles %
P56. - Haciendo uso de los sistemas SiO2 – Al2O3 (Aramaky y R P56.- Haciendo uso de los sistemas SiO2 – Al2O3 (Aramaky y R. Roy); SiO2 – MgO; SiO2 – CaO; SiO2 – FeO y SiO2 - Fe2O3. Comparar el efecto fundente de los diferentes óxidos sobre la sílice. ¿Cuál es el óxido más “perjudicial”? ¿Qué consecuencias prácticas se pueden deducir de dichos resultados?
Campo cristalizacion primario (Se amplia, lo que implica que disminuye la solubilidad)
Líquido SiO2+ Líq. A3S2+ Líq. Al2O3 + Mullita Mullita + Sílice A3S2ss Aramaki & Roy 1962 2020 ºC Al2O3+ Líq. Líquido 1850 ºC 1800 SiO2+ Líq. 1723 ºC A3S2+ Líq. 1600 1595 ºC S L X 5% 6% Al2O3 + Mullita 6,5% Temperatura ºC 71,8% 74,6% 1400 Mullita + Sílice A3S2ss 1200 SiO2 20 40 60 A3S2 80 B Al2O3 %Líquido1600 = 83,3% % en peso
-Cuarzo + Wollastonita -Tridimita + Líquido Líquido -Tridimita + Wollastonita -Tridimita + PseudoWollastonita 1125ºC 1436ºC 1470ºC -Tridimita + Líquido -Cristobalita + Líquido Líquido PsW + 1707ºC 2 Líquidos 20 40 1700 1400 1100 800 % en peso CaO→ SiO2 CaSiO3 1723 -Cuarzo + Enstatita -Tridimita + Enstatita -Tridimita + Protoenstatita -Cristobalita + Protoenstatita -Cristobalita + Líquido 870ºC 985ºC 1470ºC 1543ºC 10 30 20 1600 1400 1200 1000 800 % en peso 1703ºC 2 Líquidos SiO2 MgSiO3 1723 S X L 5% 31% S X L 5% 35% %Líquido1600 = 14,3% %Líquido1600 = 16,1%
SiO2 Fe2O3 %Líquido1600 = 6,7% %Líquido1600 = 10% 1700 1500 1300 1100 20 40 60 80 Hematita + -Tridimita Magnetita + -Tridimita 1390ºC 1455ºC 1470ºC -Tridimita + Líquido -Cristobalita + Líquido 1671ºC 2 Líquidos Líquido 1591 FeO + % en peso SiO2 Fe2O3 1723ºC 20 40 60 80 1700 1500 1300 1698ºC 2 Líquidos -Cristobalita + Líquido 1470ºC -Tridimita + Líquido 1178ºC 1177ºC Líquido 1369 Fe2SiO4 + FeO + FeO + Fe2SiO4 Fe2SiO4 + -Tridimita % en peso FeO SiO2 S L X 25% 5% S L X 50% 5% %Líquido1600 = 6,7% %Líquido1600 = 10%
P57.-Haciendo uso del sistema ZrO2 – MgO determinar: La temperatura mínima de recocido de una composición con el 90% molar de ZrO2 y 10% molar de MgO, para que toda la muestra esté constituida por circona cúbica. Si posteriormente la muestra se trata a 1600ºC/2 horas, ¿Qué % de fases se generan y cuáles son sus composiciones? A dicha temperatura, ¿cómo afectará el incremento del tiempo de tratamiento a la microestructura del material y a sus propiedades una vez obtenido?
ZrO2 MgO Líquido Zc + L Zc Zc + MgO 1420 ± 20ºC Zt + MgO Zt + Zc Zt 2400 2000 1200 1600 800 2800 10 20 30 40 50 60 Líquido Zc + L Zc Zc + MgO 1420 ± 20ºC Zt + MgO Zt + Zc Zt Zt + 1122 ± 25ºC Zm + + MgO Zm Zm+Zt MgO + L Moles % 0,5m 100nm Zc Zt Zt + Zm 1850ºC x c t 4,5% 15,0% %Zc = 52,4%; Zt = 47,6% Zc = 85% Z + 15% MgO Zt = 99,5% Z + 4,5% MgO
ZrO2 tetragonal ZrO2 monoclínica Matríz de ZrO2 cúbica ∆V = ~ 4% ZrO2(tetragonal) ZrO2(monoclínica)