Efeito da alta pressão na nucleação e crescimento de cristais do vidro Na2O · 2CaO · 3SiO2

Abstract

O sistema Soda-cal-sílica possui grande importância na área tecnológica e científica, sendo vastamente utilizado como objeto de pesquisa, em especial na área de cinética de cristalização. A composição Na2O· 2CaO· 3SiO2 (N1C2S3) foi objeto de estudo deste trabalho, visto que ela apresenta nucleação homogênea, sem a presença de sítios preferenciais de nucleação, e rápida cristalização, não necessitando longos tempos de tratamento para a formação de cristais. A alta pressão é uma variável termodinâmica que pode gerar mudanças estruturais no material, logo, é interessante estudar o efeito da alta pressão sobre a cinética de cristalização do vidro N1C2S3. O objetivo deste trabalho era processar amostras em pressões de até 7,7 GPa em temperatura ambiente e, então, realizar tratamentos térmicos distintos de nucleação e crescimento de cristais a fim de estudar a cinética de cristalização do material após o processamento. Foi identificado que o aumento da pressão causa uma diminuição na taxa de nucleação estacionária, associada ao aumento do trabalho crítico para formação de um núcleo. O time-lag diminuiu com o aumento da pressão, entretanto, devido a um aumento da energia interfacial cristal-LSR observado, o raio crítico também deve ter aumentado e o coeficiente de difusão durante a nucleação aumentou com valores mais elevados de pressão. Finalmente, a taxa de crescimento de cristais diminuiu com o aumento da pressão e, por consequência, o coeficiente de difusão durante o crescimento também diminuiu.

The Soda-lime-silicate system has great importance in the technological and scientific fields, as it is widely used as subject matter, specially in the kinetics of crystallization research area. The Na2O· 2CaO· 3SiO2 (N1C2S3) composition was used in this study, as it presents homogeneous nucleation, therefore it does not have preferential sites of nucleation, and rapid crystallization, not requiring long periods of heat treatments to form crystals. High pressure is a thermodynamic variable that can generate structural changes in the material, therefore, it can be interesting to study the effect off high pressures on the kinetics of crystallization of the N1C2S3 glass. The objective of this study is to process glassy samples under pressures up to 7.7 GPa in room temperature and, then, perform distinct nucleation and crystal growth heat treatments in order to study the crystallization after the high pressure processing. It was identified that a higher pressure value causes a decrease on the stationary nucleation rate, associated to an increase in the thermodynamic barrier for nucleation. The time-lag decreases as pressure is increased, however, due to an increase in the crystal-SCL interfacial energy observed, the critical radius must increase, and the diffusion coefficient during nucleation increased with higher pressure values. Finally, crystal growth rates decreased with higher pressure values, as did the diffusion coefficient during crystal growth.