Vitrocerâmicas transparentes não-estequiométricas de silicato de lítio reforçadas por troca iônica

dc.contributor.advisor-co1Peitl, Oscar
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3007441705652783
dc.contributor.advisor-co1orcidhttps://orcid.org/0000-0002-9852-662X
dc.contributor.advisor1Zanotto, Edgar Dutra
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1055167132036400
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0003-4931-4505
dc.contributor.authorSantana, Geovana Lira
dc.contributor.authorlatteshttps://lattes.cnpq.br/5405879423477531
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0000-0003-3407-5150
dc.date.accessioned2025-09-09T12:01:41Z
dc.date.issued2024-11-12
dc.description.abstractGlass-ceramics generally exhibit superior mechanical, electrical, and thermal properties compared to their parent glasses. However, achieving these properties often requires crystal growth, which increases light scattering and reduces transmittance. To overcome this drawback, ion-exchange processing can be employed to enhance the mechanical strength of these materials while maintaining transparency in the visible range. This process, widely applied in glass strengthening, consists of replacing alkali ions on the glass surface with larger ones from a molten salt bath. The size mismatch generates a compressive stress layer that reinforces the glass-ceramic. Nevertheless, the mechanisms of chemical strengthening in glass-ceramics remain not fully understood due to their complex microstructure. In this context, this thesis developed transparent lithium silicate glass-ceramics reinforced through ion exchange. The study, organized into chapters, first analyzed the influence of nucleating agents on obtaining transparent glass-ceramics with a high crystallized fraction (~80%) and high transmittance (80% at 550 nm) within reduced crystallization times. Additionally, the effect of microstructure (crystallized fraction) on mechanical strength and on the depth of layer (Li⁺ ↔ Na⁺) was investigated. The results revealed a stronger tendency for chemical strengthening in glass-ceramics with lower crystallized fraction (~50%), which reached flexural strength values of 767 and 670 MPa for the GN8 and GN9 compositions, respectively. Furthermore, experimental evidence indicated that the decrystallization phenomenon occurred preferentially in these samples, mainly affecting the lithium metasilicate crystalline phase. Overall, the results highlight the potential for producing transparent lithium silicate glass-ceramics within reduced processing times and demonstrate the effectiveness of the ion-exchange process in strengthening these materials.eng
dc.description.resumoAs vitrocerâmicas geralmente apresentam propriedades mecânicas, elétricas e térmicas superiores às observadas em seus vidros precursores. No entanto, a obtenção dessas propriedades frequentemente exige o crescimento dos cristais, o que favorece o espalhamento da luz e reduz a transmitância. Para superar esse problema, tem-se o processo de troca iônica, que permite aumentar a resistência mecânica destes materiais, mantendo a sua transparência no visível. Esse processo, amplamente utilizado no fortalecimento de vidros, consiste na substituição de íons alcalinos na superfície do material por íons de raio maior provenientes de um banho de sal fundido. A diferença no tamanho dos íons gera uma tensão de compressão superficial que fortalece a vitrocerâmica. Entretanto, os mecanismos de fortalecimento químico nesses materiais ainda não são totalmente compreendidos, devido à sua microestrutura complexa. Diante desse contexto, nesta tese foram desenvolvidas vitrocerâmicas transparentes de silicato de lítio reforçadas pelo processo de troca iônica. O estudo, dividido em capítulos, iniciou-se com a análise da influência de agentes de nucleação na obtenção de vitrocerâmicas transparentes com alta fração cristalizada (~80%) e elevada transmitância (80% em 550 nm) com tempos de cristalização reduzidos. Adicionalmente, investigou-se o efeito da microestrutura (fração cristalizada) sobre a resistência mecânica e a profundidade da camada formada pelo processo de troca iônica Li+ <-> Na+. Os resultados mostraram uma maior tendência ao fortalecimento químico nas vitrocerâmicas com menor fração cristalizada (~50%), que atingiram valores de resistência à flexão de 767 e 670 MPa para as composições GN8 e GN9, respectivamente. Além disso, evidências experimentais indicaram que o fenômeno da decristalização ocorreu preferencialmente nessas amostras, afetando principalmente a fase cristalina de metassilicato de lítio. Os resultados obtidos fornecem meios para produção de vitrocerâmicas transparentes de silicato de lítio em tempos reduzidos e a utilização do processo de troca iônica no fortalecimento desses materiais.
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.description.sponsorshipId88887.500910/2020-00
dc.identifier.citationSANTANA, Geovana Lira. Vitrocerâmicas transparentes não-estequiométricas de silicato de lítio reforçadas por troca iônica. 2024. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/22716.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/22716
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
dc.relation.urihttps:// doi.org/10.3390/opt6030031
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectVitrocerâmicas Transparentes
dc.subjectTroca iônica
dc.subjectPropriedades mecânicas
dc.subjectFortalecimento químico
dc.subjectDecristalização
dc.subjectTransparent glass-ceramics
dc.subjectIon exchangeeng
dc.subjectMechanical propertieseng
dc.subjectChemical strengtheningeng
dc.subjectDecrystallizationeng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS
dc.titleVitrocerâmicas transparentes não-estequiométricas de silicato de lítio reforçadas por troca iônica
dc.title.alternativeNon-stoichiometric transparent lithium silicate glass-ceramics strengthened by ion-exchangeeng
dc.typeTese

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