Ceramica y refractarios problemas

...

Mg2SiO4→ 2 + Si[pic 38][pic 39]

Suponiendo que se tiene 100 gramos de este elemento:

100 gr x [pic 40]

Para el Mg:

100 gr x [pic 41]

- Suponga que el 10 % de los iones Al +3 en la montmorilonita son reemplazados por iones Mg +2. ¿Cuántos gramos de iones Na+ por Kg de arcilla serán atraídos hacia esta?

Solución:

Montmorilonita: Al2 (Si2O5)2(OH)2

Peso molecular: 360.28 gr/mol

En 1 kg de arcilla existe 1000/360.28 = 2.776 moles de montmorilonita.

El 10% de Al serian 100 gr de arcilla, que serán reemplazadas por Mg.

Entonces habrá 100 gr de Mg y el resto del material

El resto es: 900 gr

Peso molecular del sodio: 22.99

2.776 = [pic 42]

X = 63.82 gramos.

- Demuestre que el Mg2SiO4 y el Fe2SiO4 se espera que exhiban una solubilidad solida total.

Solución:

Las olivinas (Mg, Fe)2SiO4 Poseen un rango completo de solubilidad, con los iones Mg 2+ y Fe 2+ los cuales se remplazan completamente entre si dentro de la estructura del silicato. Esto se puede ver en el siguiente diagrama el cual muestra la completa solubilidad de los sólidos.

[pic 43]

- Una composición típica para el FeO (wustita) es 52 % atomio O. Calcule el número de iones Fe +3 y el número de vacancias por cm3 que se esperan de esta composición. El FeO tiene la estructura cristalina del cloruro de sodio.

Solución:

Como tiene la misma estructura del CiNa su vacancia seria:(5.7) (4.123 = [pic 44][pic 45]

=[pic 46]

Número de iones fe3+:

0,52[pic 47]

0,52[pic 48]

88,4 + 0,52 = 100[pic 49]

0,52= 100 – 88,4[pic 50]

0,52 = 11,6[pic 51]

= [pic 52][pic 53]

- Cada vacancia en el FeO proporciona un portador de carga que contribuirá a la conductividad eléctrica en un cerámico. Si la relación entre los iones Fe +3 y los iones Fe +2 es de 1 a 25, calcule el número de portadores de carga por cm3. Esta es una manera de producir un material cerámico semiconductor.

Solución:

[pic 54]

- Utilizando el diagrama de fases MgO.Al2O3 determine el porcentaje en peso de Al2O3, si el espinel tuviera una composición estequiometria.

- ¿Está el espinel no estequiometrico del lado rico en MgO del diagrama de fases? De ser así, ¿Qué tipo de imperfecciones de red pudieran estar presentes?

Solución:

No

- ¿Está el espinel no estequiometrico del lado Al2O3 del diagrama de fases? De ser así, ¿Qué tipo de imperfecciones de red pudieran estar presentes?

Solución:

Si, defectos intersticiales.

En el siguiente diagrama binario MgO-Al2O3 en el cual se presenta una fase intermedia cuya fórmula química es MgAl2O3 o mejor conocida como espinel, se observa que esta fase tiene un rango de composiciones que es función de la temperatura, cuyo rango máximo se presenta a una temperatura de 2000°c y va desde relaciones MgO/Al2O3 40/60 HASTA 87/13. Y conforme la temperatura disminuye este rango se estrecha considerablemente así a 1200°c las relaciones van desde 50/50 hasta 45/55.[pic 55][pic 56]

[pic 57]

- La gravedad especifica del Al2O3 es 3.96 g/cm3. Se produce un componente cerámico sinterizando polvos de alúmina. Cuando estáseco pesa 80 gr; pesa 92 gr después de haber estado sumergido en agua, y 58 gr suspendido en agua. Calcule la porosidad aparente, la porosidad real y los poros cerrados.

Solución:

Datos:

g.e del Al2O3 = 3,96 g/cm3

Peso seco = 80 g

Peso después de remojarse = 92 g

Peso suspendido = 58 g

Hallar porosidad aparente:

[pic 58]

Densidad en masa:

B = [pic 59]

Porosidad real:

[pic 60]

Porcentaje poros cerrados = porosidad real – porosidad aparente

% Pc = 40,66% - 35,29% = 5,37%

Fracción poros cerrados:[pic 61]

- El carburo de silicio (SiC) tiene una gravedad específica de 3.1 g/cm3. Se produce una pieza sinterizada de SiC que ocupa un volumen de 500 cm3 y que pesa 1200 gr. Después de sumergirla en agua, la pieza pesa 1250 gr. Calcule la densidad en masa, la porosidad real y la fracción volumétrica de la porosidad total que está formada por poros cerrados.

Solución:

Datos:

g.e del SiC = 3,1 g/cm3

v = 500 cm3

Peso seco = 1200 g[pic 62]

Peso después de remojarse ( = 1250 g [pic 63]

Peso suspendido =?[pic 64]

Hallamos densidad:

[pic 65]

Densidad en masa:

B = [pic 66]