Sabemos que el uso de diagramas de equilibrio de fases para diseñar materiales cerámicos y comprender su comportamiento, ha sido un tema de controversia para esta industria, sin embargo, con la tecnología de ahora es posible obtener mezclas homogéneas a través de procesos sofisticados en donde es necesario determinar la temperatura adecuada para alcanzar el equilibrio o cuasi-equilibrio durante la cocción convencional del material. Dejando en claro que los diagramas de equilibrio son valiosos, hoy quiero hablarte de cómo nos puede ayudar en la industria cerámica, sin más que decir comencemos….

Hace unos días leí un poco sobre los diagramas de fases, enfocada en aleaciones metálicas (del cual es un tema que tocare más adelante), donde recalca la importancia de este, ya que, como sabemos nos muestra las condiciones de equilibrio entre las fases separadas termodinámicamente o, viéndolo de otra forma, nos muestra qué fases están presentes en el material a diferentes temperaturas, presiones y composiciones. Viendo este artículo, me dio por escribir prácticamente este mismo pero aplicado en la industria cerámica, pero, ¿por qué este enfoque?

Dentro del campo de los materiales cerámicos, la industria cerámica proporciona productos y servicios fundamentales en nuestra vida cotidiana ya sea en suelos, paredes, en los cuartos de baños, etc., y que sin ellos no podríamos presumir de elegancia y buen gusto en diseño. Cada uno de estos materiales son capaces de soportar temperaturas elevadas, condiciones del medio en que están inmersas durante un periodo de tiempo económicamente rentable sin deterioro excesivo de sus propiedades físico-químicas. Todas estas condiciones hacen que estén expuestos a diferentes niveles de esfuerzos mecánicos y tensiones generadas térmicamente a corrosión y erosión (proveniente del contacto con otros sólidos, líquidos y gases), difusión de gases y abrasión mecánica a diferentes temperaturas, dando como resultado materiales complejos de tratar en la industria.

La aplicación de los diagramas de equilibrio de fases a la compresión de su comportamiento a altas temperaturas y al diseño de nuevos materiales cerámicos ha sido materia de controversia debido a las palabras de J.W. Mellor; “la reacción, entre los distintos componentes de un cuerpo cerámico, durante la cocción, se paraliza antes de que el sistema alcance el estado de equilibrio. Por lo tanto, la química de la cerámica es, en gran medida, una química de reacciones incompleta”.

Tradicionalmente los materiales refractarios se han diseñado para que su composición esté próxima al equilibrio termodinámico, con la intención claro, de no verse afectado al momento de producción. Hoy en día, debido a los cambios y avances en los procesos tecnológicos la cinética de reacción entre los diferentes componentes de un material cerámico es suficientemente rápida como para alcanzar el equilibrio o cuasi-equilibrio durante la cocción del material así como su posterior uso. Así pues los diagramas de equilibrio son válidos no solo para indicar las tendencias termodinámicas de equilibrio durante la cocción del material cerámico, también es posible conocer el camino a través del cual el sistema evoluciona hacia el estado final de su aplicación, siendo especialmente útil este último punto en aquellos diseños, menos tradicionales, en los que se emplea la adición de materias primas que reaccionan de una manera controlada, durante el uso del material, para dar un determinado efecto favorable en las condiciones de trabajo a alta temperatura.

Los diagramas de fase a menudo se establecen utilizando el DSC o el método DTA que es más antiguo. El enfoque es producir mezclas de sustancias apropiadas y utilizar los efectos DSC / DTA medidos para establecer el diagrama de fase deseado. Esto es debido a que su versatilidad e importancia de sus resultados analíticos, la calorimetría diferencial de barrido (DSC) es el método más utilizado para el análisis térmico. Ya que con el podremos obtener medidas de:

• Temperaturas características (fusión, cristalización, transiciones polimorfas, reacciones, transiciones vítreas)
• Fusión, cristalización, calores de transformación y reacción (entalpías)
• Cristalinidad de sustancias semicristalinas
• Descomposición, estabilidad térmica
• Estabilidad de Oxidación (OIT, OOT – oxidative-induction time y oxidation onset temperature, respectivamente)
• Grado de curado de resinas, adhesivos, etc.
• Pureza eutéctica
• Calor específico
• Compatibilidad entre componentes
• Influencia del envejecimiento
• Distribución del peso molecular (forma de pico para polímeros)
• Efecto de aditivos, suavizantes, o mezclas de regranulados (para materiales poliméricos)

Los diagramas de equilibrio son una potente herramienta para el diseño de nuevos materiales cerámicos, así como para una mejor comprensión de su comportamiento en servicio en condiciones de alta temperatura y frente a agentes corrosivos, y con el equipo adecuado para potencializar cada uno de estos aspectos, por eso te invito a descubrir el equipo DSC marca Netzsch que tenemos para ti, si tienes alguna duda o requieres una asesoría contáctanos, te ayudaremos a mejorar y cumplir con éxito cada uno de tus proyectos. Tampoco te pierdas el siguiente blog ya que hablare de algunos ejemplos representativos, de algunos materiales refractarios tradicionales y también cómo es posible mejorar y diseñar nuevos materiales refractarios mediante un uso adecuado de los diagramas de equilibrio de fases.

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