Apresentação do PowerPoint

Vitrocerâmicas (glass ceramics)
 São materiais inorgânicos policristalinos
contendo fração minoritária de fase vítrea,
obtidos através da cristalização controlada de
certos vidros (50 a 90% cristalinos em volume)
 A maioria dos vidros inorgânicos pode ser
transformada do estado não cristalino para
cristalino por um apropriado tratamento térmico –
devitrificação.
 Para alguns vidros – o processo de
devitrificação pode ser controlado para se obter
um material de granulometria fina, livre de
tensões residuais
No final dos anos 50 - pesquisador norte-americano Donald
Stookey, da empresa Corning Glass, conduzia pesquisas com
vidros fotocromáticos, desses que escurecem com a luz - pois
têm minúsculos cristais de prata dispersos -, quando percebeu
que havia deixado, por esquecimento, um par de lentes de
óculos durante toda a noite num forno aquecido. Essas lentes
ficaram opacas, completamente cristalizadas, pois haviam se
transformado em outro material, muito mais resistente, que ele
acabou chamando de vitrocerâmica ( glass-ceramics ). Nesse
caso fortuito, a prata atuou como agente nucleante.
Vantagens:
 Facilidade de processamento do vidro
 Quando cristalizados – vantagens das
propriedades das fases cristalinas
 Cerâmicas altamente cristalinas são obtidas
sem a retração associada com a sinterização.
 Baixa porosidade
Exemplo
- Corning Pyroceram
- Vision  95% do volume de fase cristalina da
família LiO2 – Al2O3- SiO2
- espelhos dos telescópios Gemini (Chile e Havaí,
EUA)
Vidro – previne a cristalização
Vitrocerâmica – promove a cristalização da fase desejada
Processo de cristalização:
Dois processos físicos:
1. Nucleação dos cristais
2. Crescimento dos cristais
A supressão desses processos é suficiente para formar um vidro
Diagramas TTT (tempo-temperatura-transformação)
Descreve as taxas de resfriamento necessárias para prevenir
cristalização detectável (fração volumétrica do cristal, Vc/Vtotal ~
10-6)
• a taxa de cristalização total é reduzida para altas e baixas temperaturas
•Para T próximas a Tm – taxa de nucleação é baixa devido a reduzida
força motriz para cristalização
•Para T baixas – cristalização novamente lenta, porque a velocidade
de crescimento dos cristais é baixa.
Nucleação e Crescimento de cristais:
Nucleação
• Formação de núcleos estáveis no fundido
Crescimento
• Transformação de núcleos em cristais
• Formação de uma estrutura de grãos
Nucleação homogênea
• Próprio material fornece átomos para formar núcleos
• Subresfriamento usualmente de centenas de graus
Celsius
Nucleação heterogênea
• Presença de agentes nucleantes: superfície do
recipiente, impurezas insolúveis, ou material estrutural
• Prática industrial: subresfriamento de 0,1 a 10°C
Nucleação e Crescimento de Cristais
4 3
G(r )  4r  sl  r Gv
3
2
sl – é a energia de interface sólido-líquido
Gv – é a variação de energia livre volumétrica de cristalização
Nucleação heterogênea
 A presença de superfícies externas e internas e outros defeitos, os
quais atuam como pontos de nucleação, podem baixar drasticamente
a supersaturação (superesfriamento) necessário para a cristalização
Mecanismos de Cristalização
• Volumétrica: Nucleação homogênea ou heterogênea
• Superficial: Nucleação heterogênea
Cristalização volumétrica
Cristalização superficial
Vitrocerâmicas
• Cristalização é estimulada por agentes nucleantes, os quais
favorecem o crescimento de cristais sobre eles, formando uma
interface coerente de baixa energia, na qual os planos da rede
mantém sua continuidade através da interface.
• Sítios de nucleação heterogênea de baixa energia
Processo para obter vitrocerâmicas:
• Cristalização controlada - Submeter o vidro a um controlado ciclo
de tratamento térmico
• Seleção adequada da composição do vidro
• permitir nucleação volumétrica (não só superficial)
• crescimento do cristal deve ocorrer numa velocidade suficiente
para evitar deformações na peça durante o tratamento térmico
Processamento de vitrocerâmicas
Temperatura
Fusão e conformação
Crescimento
Nucleação
Tempo
• Agentes nucleantes – TiO2, ZrO2, P2O5
Exemplos: Vidros da família Li2O-Al2O3-SiO2
Pyroceram – cristaliza duas fases diferentes
β-spudomene como fase majoritária e
soluções sólidas de quartzo-β
Panelas Vision - contém quartzo-β como fase majoritária na
forma de cristais menores que 0,1μm.
Tamanho de cristais abaixo do comprimento de onda da luz visível,
combinado com um bom índice de refração entre os cristais e a fase
vítrea residual (alcançado com pequenos ajustes da composição) resulta
num material transparente.
Adição de metais de transição ou terras raras são adicionados quando se
deseja cor