PROBLEMA 7

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?.

PROBLEMAS SISTEMAS BINARIOS

181010 ºC

15455 ºC

N.L.Bowen & J.W.Greig (1924)

CRISTOBALITA + MULLITA

MULLITA + LÍQUIDO

CRISTIBALIT

A

+ LÍQUID

O

CORINDÓN+

MULLITA

3Al2O3·2SiO2

MULLITA

Al2O3SiO220 40 60 80

LÍQUIDO CORINDÓN+ LÍQUIDO

2000

1900

1800

1700

1600

1500

Tem

pera

tura

ºC

2023 ºC

REGLA DE LAS FASES:F + L = C + 1

181010 ºC

15455 ºC

N.L.Bowen & J.W.Greig (1924)

CRISTOBALITA + MULLITA

MULLITA + LÍQUIDO

CRISTIBALIT

A

+ LÍQUID

O

CORINDÓN+

MULLITA

3Al2O3·2SiO2

MULLITA

Al2O3SiO220 40 60 80

LÍQUIDO CORINDÓN+ LÍQUIDO

2000

1900

1800

1700

1600

1500

Tem

pera

tura

ºC

2023 ºC

a a'

b b'

c c'

32%

c'

e'e

e'

d'

Tiempo →

Tem

pera

tura

181010 ºC

15455 ºC

CRISTOBALITA + MULLITA

MULLITA + LÍQUIDO

CRISTIBALIT

A

+ LÍQUID

O

CORINDÓN+

MULLITA

3Al2O3·2SiO2

MULLITA

Al2O3SiO220 40 60 80

LÍQUIDO CORINDÓN+ LÍQUIDO

2000

1900

1800

1700

1600

1500

Tem

pera

tura

ºC

2023 ºC

1750 L MS

32%

%Mullita disuelto = (SL/SM)·100 = 43.6 %

PROBLEMA 54

Construir un sistema binario hipotético L – G, que cumpla las siguientes condiciones:a).-El componente L funde a 1600º Cb).-El componente G funde a 1700º Cc).-El compuesto LG funde congruentemente a 1500º Cd).-El compuesto LG90 funde incongruentemente a 1450º C dando G y un líquidode composición 86% de G y 14% de Le).-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.

PROBLEMAS SISTEMAS BINARIOS

PROBLEMA 54

10 50 70 9030LG GL

Moles %

1300

1500

1100

900

1700

1450

β

+ L β + L

+ β

L1+L2

Líquido

LG90

12%86%

β + LG90

β + L

LG90

+ G

55% 72%

PROBLEMA 56

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 “perjudial”?•¿Qué consecuencias prácticas se pueden deducir de dichos resultados?

PROBLEMAS SISTEMAS BINARIOS

Campo cristalizacionprimario (Se amplia, lo que implica que

disminuye lasolubilidad)

S LX

2020 ºC

1850 ºC

1595 ºC

1723 ºC

Al 2O 3

+ Líq.

Al2O 3

+ M

ullit

aA3S2+ Líq.

SiO2+ Líq.

Mullita + Sílice

SiOSiO22 A3S2 Al2O3

A3S2ss

20 40 8060

1600

1400

18001800

1200

Tem

pera

tura

ºC

Tem

pera

tura

ºC

Líquido

% en peso

Aramaki & Roy 1962

71,8% 74,6%

B5%

6%

6,5%

%Líquido1600 = 83,3%

-Cuarzo + Enstatita

-Tridimita + Enstatita

-Tridimita + Protoenstatita

-Cristobalita + Protoenstatita

-Cristobalita + Líquido

870ºC

985ºC

1470ºC

1543ºC

10 3020

1600

1400

1200

1000

800

% en peso

1703ºC

2 Líquidos

SiO2 MgSiO3

1723

870ºC-Cuarzo + Wollastonita

-Tridimita + Wollastonita

-Tridimita + PseudoWollastonita

1125ºC

1436ºC

1470ºC

-Tridimita + Líquido

-Cristobalita + Líquido

Líquido

PsW +Líquido

1707ºC

2 Líquidos

20 40

1700

1400

1100

800

% en peso CaO→SiO2

CaSiO3

1723

5%

S X L

5%

S X L

35%31%

%Líquido1600 = 14,3% %Líquido1600 = 16,1%

1700

1500

1300

1100

20 40 60 80

Hematita + -Tridimita

Magnetita + -Tridimita1390ºC

1455ºC1470ºC -Tridimita + Líquido

-Cristobalita + Líquido1671ºC2 LíquidosLíquido

1591

FeO +Líquido

% en pesoSiO2Fe2O3

1723ºC

20 40 60 80

1700

1500

1300

1698ºC

2 Líquidos

-Cristobalita + Líquido

1470ºC

-Tridimita + Líquido

1178ºC1177ºC

Líquido

1369

Fe2SiO4 +Líquido

FeO +Líquido

FeO + Fe2SiO4Fe2SiO4 + -Tridimita

% en pesoFeO SiO2

5%

SL X

SL X

5%50%

25%

%Líquido1600 = 6,7% %Líquido1600 = 10%

PROBLEMA 57

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?

PROBLEMAS SISTEMAS BINARIOS

ZrO2 MgO

2400

2000

1200

1600

800

2800

10 20 30 40 50 60

Líquido

Zc + L

Zc

Zc + MgO

1420 ± 20ºCZt + MgO

Zt + Z

c

Zt

Zt + 1122 ± 25ºC

Zm +

+ MgOZm

Zm+Zt

MgO + L

Moles %

1850ºC

x ct

4,5% 15,0%

0,5m

0,5m

100nm

Zc

Zt

Zt

Zc

Zt + Zm

%Zc = 52,4%; Zt = 47,6% Zc = 85% Z + 15% MgO Zt = 99,5% Z + 4,5% MgO

Matríz de ZrOMatríz de ZrO22 cúbica cúbica

ZrOZrO22 monoclínica monoclínica

Matríz de ZrOMatríz de ZrO22 cúbica cúbica

ZrOZrO22 tetragonal tetragonal ZrOZrO22 monoclínica monoclínica

ZrO2(tetragonal) ZrO2(monoclínica)

∆V = ~ 4%