Reforço de vitrocerâmicos do sistema Li2O-Al2O3-SiO2 por cristalização superficial

Enzo Henrique Miguel; Débora Cristina Niero Fabris; Edgar Dutra Zanotto

Portal de Eventos CoPICT - UFSCar, XXVII CIC e XII CIDTI

Enzo Henrique Miguel, Débora Cristina Niero Fabris, Edgar Dutra Zanotto

Última alteração: 2021-02-25

Resumo

Vitrocerâmicos do sistema de silicato de alumínio e lítio (LAS) são interessantes devido a possibilidade de criar uma camada superficial com coeficiente de expansão térmica (CET) muito inferior ao do vidro precursor. A formação dessa camada gera tensões superficiais de compressão, que podem levar ao significativo aumento da tensão de fratura. O material resultante pode ser promissor para várias aplicações como em balística e telas de celulares, mas existem pouquíssimos dados na literatura. Neste projeto, avaliou-se a cristalização superficial de β-espodumênio em vidros do sistema Li2O-Al2O3-SiO2, estudando-se a influência da espessura e tamanho de grão da camada cristalizada nas propriedades mecânicas. As propriedades mecânicas de interesse foram resistência à flexão (ball on three ball - B3B), resistência ao riscamento, módulo de elasticidade, e nanodureza. Obteve-se o vidro precursor LAS por meio da fusão em cadinho de platina a 1630°C. Foram obtidas as temperaturas de início de cristalização (Tx) e de transição vítrea (Tg) via calorimetria exploratória diferencial. A partir de um planejamento fatorial 2^2 com ponto central, com a temperatura variando de 565°C a 590°C e o tempo de 3 a 6 h, foram analisadas amostras de vidro tratadas em cinco condições de temperatura e tempo. Medidas de percentual de cristalinidade, tamanho de grão e espessura de camada foram determinadas por meio de microscopia óptica. Baseando-se nestas medidas, foram feitos tratamentos térmicos visando-se obter camadas cristalinas com 100% de cristalização e espessura de camada média diferentes. As condições mínimas de tratamento para obter 100% de cristalinidade superficial foram de 590°C por aproximadamente 3 horas, tendo-se um tamanho médio de grão de 9 ± 4 µm na condição mínima (565°C - 3h) e 43 ± 12 µm na condição máxima (590°C - 6h). Finalmente, foram realizados testes mecânicos e, a partir dos resultados, foi possível relacionar cada propriedade mecânica com a respectiva espessura de camada cristalina no material. Foram obtidos um aumento de resistência mecânica à flexão de 186 ± 25 MPa para até 679 ± 48 MPa, mudanças pouco significativas de módulo de elasticidade, variando de 76 a 84 GPa, e valores de nanodureza de até 8,5 ± 0,3 GPa, os quais superam valores de Nanodureza em telas de smartphones de Gorilla Glass com 6,8 ± 0,5 GPa.

Palavras-chave

Cristalização superficial, Vitrocerâmicos, Reforço de vidros

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