comunes

2.4. DIAGRAMES DE FASES DE LES ESTRUCTURES

CERÀMIQUES MÉS COMUNES

Per a la comprensió d’aquest apartat, cal el coneixement previ del funcionament dels diagrames de fases o d’equilibri explicat en el tema anterior. Com a breu recordatori s’exposen els conceptes clau:

• Fase. Porció homogènia d’un sistema que té característiques físiques i químiques uniformes. • Diagrama de fases. Representació gràfica de les relacions entre constants ambientals (temperatura i pressió), composició i regions d’estabilitat de fases, en condicions d’equilibri. • Equilibri de fases. Estat d’un sistema en què les característiques romanen constants durant períodes indefinits. En equilibri, l’energia lliure és màxima. • Dissolució sòlida. Fase cristal·lina homogènia que conté dues o més espècies químiques. Hi pot haver dissolucions sòlides substitucionals o intersticials. • Dissolucions sòlides substitucionals. Els àtoms de solut reemplacen als àtoms de dissolvent. • Dissolucions sòlides intersticials. Els àtoms de solut relativament petit ocupen posicions intersticials entre els àtoms de dissolvent.

Els diagrames de fases de la majoria de sistemes ceràmics s’han determinat experimentalment. En els diagrames binaris és freqüent que els dos components compartisquen un element en comú, molt sovint l’oxigen. Aquests diagrames poden tenir configuracions similars als sistemes formats per metalls, interpretant-se de la mateixa forma.

A continuació, s’explicaran els diagrames de fases de les estructures ceràmiques més comuns.

2.4.1. Sistema Al2O3-Cr2O3

Un dels sistemes ceràmics relativament més simple, es troba format per l’òxid d’alumini i l’òxid de crom. En aquest sistema es forma una dissolució sòlida Al O2 3 Cr2O3 substitucional, on l’ió Al3+ substitueix el Cr3+ i viceversa, per ser ions molt similars (mateixa càrrega i mides semblants), a més de presentar la mateixa estructura cristal·lina. En el diagrama de fases (fig. 84) es presenta una regió de fase líquida i una altra de fase sòlida, separades per una regió bifàsica sòlid-líquid.

Figura 84. Diagrama de fase òxid d’alumini - òxid de crom. Adaptat d’astm Handbook, vol. iii, asm International

2.4.2. Sistema MgO-Cr2O3

En el diagrama de fases MgO-Al2O3 (fig. 85) es pot destacar el següent. En aquest sistema hi ha una fase intermèdia (un compost), denominat espinel·la de composició 50 % molar de MgO (27 % en pes) i 50 % molar d’alúmina (73 % en pes) amb fórmula MgAl2O4. Hi ha un interval de composicions en el qual l’espinel·la és estable. Fora del rang de composicions anterior, l’espinel·la no és estequiomètrica. També hi ha una solubilitat limitada de l’alúmina en l’òxid de magnesi per sota de 1600 °C, a causa de la diferència de càrregues i mides dels ions Mg2+ (0,072 nm) i Al3+ (0,053 nm). En el diagrama s’aprecien dos eutèctics i la fusió de l’espinel·la estequiomètrica és a 2100 °C.