Estudo da tenacificação por têmpera química em vidros aluminoborossilicatos com óxido de lantânio

Autor: Gonçalves, Gabriel Clint
Přispěvatelé: Yoshimura, Humberto Naoyuki, Fredericci, Catia, Castanho, Sonia Regina Homem de Melo
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFABC
Universidade Federal do ABC (UFABC)
instacron:UFABC
Popis: Orientador: Prof. Dr. Humberto Naoyuki Yoshimura Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Santo André, 2021. Vidros aluminoborossilicatos com óxidos de terras raras têm sido objeto de estudo para aplicações em porcelanas dentárias e em lasers de estado sólido por apresentarem elevadas propriedades mecânicas e altos índices de refração. O objetivo deste trabalho foi verificar a viabilidade de tenacificação por troca iônica (têmpera química) como uma alternativa para agregar valor e melhorar ainda mais as propriedades mecânicas deste tipo de vidro. Foram investigadas composições dos sistemas SiO2-B2O3-Al2O3-La2O3-TiO2 e SiO2-B2O3-Al2O3-La2O3-TiO2-Na2O afim de se avaliar a necessidade de inclusão de óxido de metal alcalino para o processo de troca iônica. O teor de óxido de sódio foi variado em 0, 5 e 10 %mol. Os vidros obtidos por fusão em forno elétrico foram temperados quimicamente por imersão e por deposição de pasta de KNO3 a 650 oC e 700 oC em intervalos de 30 minutos, 3 horas e 24 horas. A análise de difração de raios X (DRX) não identificou a presença de fases cristalinas em nenhuma das composições, enquanto a análise de espectroscopia por energia dispersiva (EDS) detectou segregação de fases na composição com 10% Na2O, confirmado por espectroscopia Raman. A avaliação por calorimetria diferencial exploratória (DSC) mostrou que a temperatura de transição vítrea (Tg) foi de 724 e 694 oC para as composições com 0 e 5% Na2O, respectivamente. Para o vidro com 10% Na2O foram encontradas duas Tg, Tg1 a 653 oC e Tg2 a 718 oC. Após a têmpera, não houve variação positiva na dureza Vickers, mantendo-se igual ou menor para todas as condições analisadas. Houve crescimento de até 47% na tenacidade à fratura (KIc) nas composições com 5% e 10% Na2O, saltando de 1,35 para 1,98 MPa.m1/2 na composição com maior teor de Na2O, segundo o método de fratura por indentação (IF). A análise das superfícies por EDS detectou K+ com intensidade proporcional ao tempo de exposição nas composições com adição de Na2O, indicando a efetividade da troca iônica entre sódio e potássio e sua dependência do tempo. Aluminoborosilicate glasses with rare-earth oxides have been studied for applications in dental porcelains and in solid-state lasers due to high mechanical properties and high refractive index. The objective of this work was to verify the viability of toughening by ion-exchange (chemical tempering or chemical strengthening) as an alternative to add value and further improve the mechanical properties of this type of glass. Compositions of the SiO2-B2O3-Al2O3-La2O3-TiO2 and SiO2-B2O3-Al2O3-La2O3-TiO2-Na2O systems were investigated in order to evaluate the need to include alkali metal oxide for the ion-exchange process. The sodium oxide content was varied by 0, 5 and 10 mol%. The glasses obtained by melting in an electric oven were chemically tempered by immersion and deposition of KNO3 paste at 650 oC and 700 oC at intervals of 30 minutes, 3 hours and 24 hours. The X-ray diffraction analysis (XRD) did not identify the presence of crystalline phases in any of the compositions, while the energydispersive spectroscopy (EDS) analysis detected phase segregation in the composition with 10% Na2O, confirmed by Raman spectroscopy. The evaluation by differential scanning calorimetry (DSC) resulted in a glass transition temperature (Tg) of 724 and 694 oC for compositions with 0 and 5% Na2O, respectively. Two Tg values were found for glass with 10% Na2O, Tg1 at 653 oC and Tg2 at 718 oC. After tempering, there was no positive variation in Vickers hardness, remaining the same or less for all conditions analyzed. There was a growth of up to 47% in fracture toughness (KIc) in compositions with 5% and 10% Na2O, jumping from 1.35 to 1.98 MPa.m1/2 in the composition with the highest Na2O content, according to the Indentation Fracture (IF) method. The analysis of the surfaces by EDS detected K+ with intensity proportional to the time of treatment in the compositions with the addition of a2O, indicating the effectiveness of the ion exchange between sodium and potassium and its time dependence.
Databáze: OpenAIRE
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