Ingeniería industrial y de sistemas. Ciencia de los materiales.

[pic 1]

Ciencia de los materiales.

[pic 2]

Tema(s):

• Transición liquida de los materiales

Licenciatura ejecutiva 2°. Tetrámestre.

Ingeniería industrial y de sistemas.

José Luis Tejeda Flores.

Docente: M.C. Rubén Sierra.

Lunes 17 de Agosto del 2015.

La transición de cristal-líquido es la transición reversible en materiales amorfos de un estado duro y relativamente frágil en un estado fundido o similar al caucho. Un sólido amorfo que presenta una transición vítrea se llama un vaso. Sobre enfriamiento un líquido viscoso en el estado vítreo se llama vitrificación, desde el vítreo América, "vaso" medio vitrificador francés.

A pesar de  la gran cambio en las propiedades físicas de un material a través de su transición vítrea, la transición no es en sí misma una transición de fase de cualquier tipo, sino que es un fenómeno de laboratorio que se extiende sobre un rango de temperatura y definido por una de varias convenciones. Estas convenciones incluyen una velocidad de enfriamiento constante y un umbral viscosidad de 1.012 Pas, entre otros. Después de la refrigeración o calentamiento a través de este rango de transición vítrea, el material también presenta un paso suave en el coeficiente de expansión térmica y en el calor específico, con la ubicación de estos efectos de ser dependientes de nuevo en la historia del material. Sin embargo, la pregunta de si alguna de las fases de transición subyace la transición vítrea es una cuestión de continuar la investigación.

La temperatura de transición vítrea Tg es siempre inferior a la temperatura de fusión, Tm, del estado cristalino del material, si es que existe.

La transición vítrea de un líquido a un estado sólido-como puede ocurrir con cualquiera de enfriamiento o compresión. La transición comprende un suave aumento de la viscosidad de un material por tanto como 17 órdenes de magnitud sin ningún cambio pronunciado en la estructura del material. La consecuencia de este aumento dramático es un vidrio que presenta propiedades mecánicas sólido-como en la escala de tiempo de la observación práctica. Esta transición está en contraste con la congelación o cristalización de transición, que es una transición de fase de primer orden en la clasificación Ehrenfest e implica discontinuidades en las propiedades termodinámicas y dinámicas tales como el volumen, la energía, y la viscosidad. En muchos materiales que normalmente se someten a una transición de congelación, enfriamiento rápido evitará esta transición de fase y en lugar de dar lugar a una transición de vidrio a una temperatura algo más baja. Otros materiales, tales como muchos polímeros, carecen de un estado cristalino bien definido y forman fácilmente vidrios, incluso tras el enfriamiento muy lento o compresión.

Por debajo de la gama de temperatura de transición, la estructura cristalina no se relaja de acuerdo con la velocidad de enfriamiento utilizado. El coeficiente de expansión para el estado vítreo es más o menos equivalente a la del sólido cristalino. Si se utilizan velocidades de enfriamiento más lentas, el aumento del tiempo para la relajación estructural que se produzca puede resultar en un producto de vidrio de mayor densidad. Del mismo modo, por recocido de la estructura de cristal en el tiempo se aproxima a una densidad de equilibrio correspondiente al líquido sub enfriado a esta misma temperatura. Tg se encuentra en la intersección entre la curva de enfriamiento para el estado vítreo y el líquido subenfriado.

La configuración de la copa en este rango de temperatura cambia lentamente con el tiempo hacia la estructura de equilibrio. El principio de la minimización de la energía libre de Gibbs proporciona la fuerza motriz termodinámica necesaria para la eventual cambio. Cabe señalar aquí que a temperaturas algo más altas que la Tg, la estructura correspondiente al equilibrio a cualquier temperatura se logra muy rápidamente. Por el contrario, a temperaturas considerablemente más bajas, la configuración del vidrio sigue siendo sensiblemente estable durante períodos cada vez más prolongados de tiempo.

Por lo tanto, la transición líquido-cristal no es una transición entre estados de equilibrio termodinámico. La opinión generalizada es que el estado de equilibrio verdadero es siempre cristalina. Vidrio se cree que existe en un estado bloqueado cinéticamente, y su entropía, la densidad, y así sucesivamente, depende de la historia térmica. Por lo tanto, la transición vítrea es principalmente un fenómeno dinámico. El tiempo y la temperatura son cantidades intercambiables cuando se trata de gafas, un hecho a menudo se expresa en el principio de superposición de tiempo-temperatura. Al enfriar un líquido, grados de libertad internos sucesivamente caer fuera de equilibrio. Sin embargo, hay un debate desde hace mucho tiempo si existe una transición de fase de segundo orden subyacente en el límite hipotético de tiempos de relajación infinitamente largos.

Transición temperatura Tg

Consulte la figura de la derecha el trazado de la capacidad de calor en función de la temperatura. En este contexto, Tg es la temperatura correspondiente al punto A en la curva. Las secciones lineales por debajo y por encima de Tg son de color verde. Tg es la temperatura en la intersección de las líneas de regresión rojos.

Diferentes definiciones operacionales de la temperatura de transición vítrea Tg están en uso, y varios de ellos están aprobados como normas científicas aceptadas. Sin embargo, todas las definiciones son arbitrarias, y todos los diferentes resultados numéricos de rendimiento: en el mejor de los valores de Tg para una sustancia determinada de acuerdo en unos pocos grados Kelvin. Una definición se refiere a la viscosidad, la fijación de Tg a un valor de 1.013 poises. Como lo demuestra experimentalmente, este valor es cerca del punto de muchos vasos de recocido.

En contraste a la viscosidad, la expansión térmica, capacidad de calor, módulo de cizallamiento, y muchas otras propiedades de los vidrios inorgánicos muestran un cambio relativamente brusco en la temperatura de transición vítrea. Cualquier paso o torcedura se pueden utilizar para definir Tg. Para hacer esta definición reproducibles, se debe especificar la velocidad de enfriamiento o calefacción.

La definición más utilizada de Tg utiliza la liberación de energía en la calefacción de la calorimetría diferencial de barrido. Típicamente, la muestra se enfría primero con 10 K/min y después se calentó con la misma velocidad.

...