Vitrocerâmicas de silicato de lítio com gradientes microestruturais - simulações e experimentos

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Souza, Thalia Delmondes de
Orientador(a): Zanotto, Edgar Dutra lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/19896
Resumo: The microstructure of glass-ceramics (GCs) depends on their chemical composition and thermal history, from the cooling of the precursor glass to the heat treatments. In glass production, the cooling rate on the surface is much higher than in the center, allowing the appearance of crystal nuclei in the central parts that cause microstructural heterogeneities in the GC. Furthermore, during the heat treatments, temperature gradients appear in relatively thick or large samples and, consequently, microstructures with different numbers and sizes of crystals will be obtained along the part, causing deterioration of its mechanical properties. In this work, vitreous samples based on the Li2O-SiO2 system were prepared to evaluate the effects of different sample sizes on the appearance of thermal gradients along the two stages of obtaining GCs (cooling and thermal treatments). The heat exchange in these steps and the thermal gradients generated were numerically simulated and the impact of these gradients on the microstructure and mechanical properties of the GCs was analyzed. For that, the glass-forming liquid was poured into copper and 304 stainless steel molds and, from a thermal treatment of crystal growth and optical microscopy analysis, the existence of microstructural gradients caused by nuclei formed in the cooling was evaluated. After nucleation and growth heat tratament, samples from each mold were analyzed by Scanning Electron Microscopy, Biaxial Bending and X-Ray Diffraction. The results indicated that an increase in the size of the mold and the glass produced leads to the appearance of crystalline nuclei inside the part during cooling. However, after the heat treatments of nucleation and crystal growth, the existence of pre-nucleation does not cause significant heterogeneities in the GC. On the other hand, heat treatments in samples with 14 x 45 mm (diameter x height), promote significant thermal gradients and the existence of microstructural gradients, reducing their mechanical properties.
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In glass production, the cooling rate on the surface is much higher than in the center, allowing the appearance of crystal nuclei in the central parts that cause microstructural heterogeneities in the GC. Furthermore, during the heat treatments, temperature gradients appear in relatively thick or large samples and, consequently, microstructures with different numbers and sizes of crystals will be obtained along the part, causing deterioration of its mechanical properties. In this work, vitreous samples based on the Li2O-SiO2 system were prepared to evaluate the effects of different sample sizes on the appearance of thermal gradients along the two stages of obtaining GCs (cooling and thermal treatments). The heat exchange in these steps and the thermal gradients generated were numerically simulated and the impact of these gradients on the microstructure and mechanical properties of the GCs was analyzed. For that, the glass-forming liquid was poured into copper and 304 stainless steel molds and, from a thermal treatment of crystal growth and optical microscopy analysis, the existence of microstructural gradients caused by nuclei formed in the cooling was evaluated. After nucleation and growth heat tratament, samples from each mold were analyzed by Scanning Electron Microscopy, Biaxial Bending and X-Ray Diffraction. The results indicated that an increase in the size of the mold and the glass produced leads to the appearance of crystalline nuclei inside the part during cooling. However, after the heat treatments of nucleation and crystal growth, the existence of pre-nucleation does not cause significant heterogeneities in the GC. On the other hand, heat treatments in samples with 14 x 45 mm (diameter x height), promote significant thermal gradients and the existence of microstructural gradients, reducing their mechanical properties.A microestrutura das vitrocerâmicas (VCs) depende de sua composição química e história térmica, desde o resfriamento do vidro precursor até os tratamentos térmicos. Na produção de vidros, a taxa de resfriamento na superfície é bem maior que no centro, possibilitando o surgimento de núcleos cristalinos nas partes centrais que causam heterogeneidades microestruturais na VC. Ademais, durante os tratamentos térmicos, gradientes de temperatura surgem em amostras relativamente espessas ou grandes e, consequentemente, obter-se-á microestruturas com número e tamanhos de cristais diferentes ao longo da peça, acarretando deterioração das propriedades mecânicas. Neste trabalho, foram preparadas amostras vítreas baseadas no sistema Li2O-SiO2 para avaliar os efeitos de diferentes tamanhos de amostras no surgimento de gradientes térmicos nas duas etapas de obtenção das VCs (resfriamento e tratamentos térmicos). A troca de calor nessas etapas e os gradientes térmicos gerados foram simulados numericamente e analisado o impacto desses gradientes na microestrutura e nas propriedades mecânicas das VCs. Para tanto, o líquido formador de vidro foi vertido em moldes de cobre e aço inox 304 e, a partir de um tratamento térmico de crescimento de cristais e análise por Microscopia Óptica, foi avaliada a existência de gradientes microestruturais causados por núcleos formados no resfriamento. Após tratamento térmico de nucleação e crescimento, amostras de cada molde foram analisadas por Microscopia Eletrônica de Varredura, Flexão Biaxial e Difração de Raios-X. Os resultados indicaram que um aumento no tamanho do molde e do vidro produzido leva ao surgimento de núcleos cristalinos no interior da peça durante o resfriamento. No entanto, após os tratamentos térmicos de nucleação e crescimento de cristais, a existência dessa pré-nucleação não ocasiona heterogeneidades significativas na VC. Por outro lado, tratamentos térmicos em amostras com 14 x 45 mm (diâmetro x altura), promovem gradientes térmicos significativos e a existência de gradientes microestruturais, reduzindo suas propriedades mecânicas.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Processo n° 88887.512570/2020-00, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Processo n° 88887.600980/2021-00, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessVitrocerâmicaDissilicato de lítioGradiente térmicoMicroestruturaPropriedades mecânicasGlass ceramicLithium disilicateThermal gradientMicrostructureMechanical propertiesENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOSVitrocerâmicas de silicato de lítio com gradientes microestruturais - simulações e experimentosLithium silicate glass ceramics with microstructural gradients - simulations and experimentsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARTEXTThalia Delmondes de Souza - Dissertação.pdf.txtThalia Delmondes de Souza - Dissertação.pdf.txtExtracted texttext/plain102953https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/41b6e1f1-92e8-44e1-b30d-4574d8815158/download356dbb1e556d9b3d48a8f563894de435MD53falseAnonymousREADTHUMBNAILThalia Delmondes de Souza - Dissertação.pdf.jpgThalia Delmondes de Souza - Dissertação.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg3923https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/069293b7-b4a8-424a-9117-d37b859c8677/download1e1149abac95ccf2a94be24a43f322d7MD54falseAnonymousREADORIGINALThalia Delmondes de Souza - Dissertação.pdfThalia Delmondes de Souza - Dissertação.pdfThalia Delmondes de Souza - Dissertaçãoapplication/pdf9207002https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/e51e54f8-6c08-468c-ac95-332ae45cb422/download8972ed5e16832504c7c5965c1d609aa5MD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/da4c0f9c-41bf-4cca-a6bf-bb239a1428f1/downloadf337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52falseAnonymousREAD20.500.14289/198962025-02-06 02:16:37.467http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/19896https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T05:16:37Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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