Estudo de propriedades físicas e estruturais da vitrocerâmica Li2O•GeO2•SiO2

Abstract

O vidro dissilicato de lítio (Li2O•2SiO2), LS2, é uma composição de vidro e vitrocerâmica amplamente estudada em pressão atmosférica e também com alguns estudos em altas pressões. Os óxidos SiO2 e GeO2 são semelhantes e, por isso, o presente trabalho parte da composição do LS2 e propõe uma alteração: a substituição de um mol de SiO2 por um de GeO2 , resultando na composição Li2O•GeO2•SiO2 . Após verificada a formação do vidro, diversos experimentos foram realizados, alterando pressão e temperatura. Foram realizados dois tratamentos térmicos em pressão atmosférica: a amostra submetida a um tratamento mais longo para sua cristalização completa, a qual foi identificada a formação de uma solução sólida de dissilicato de lítio ortorrômbico (PDF 010-70-4856 Li2Si2O5), com germânio ocupando sítios do silício; no tratamento mais curto foi observada a transformação em vitrocerâmica. Após um processamento em alta pressão e temperatura ambiente, não houve mudanças nas temperaturas de transição vítrea e de cristalização. Já no processamento em alta pressão e alta temperatura, ocorreu a redução do óxido de germânio na amostra de Li2O•GeO2•SiO2. Experimentos adicionais em pressão atmosférica foram realizados para investigar o processo de redução, possivelmente causado pelo nitreto de boro hexagonal (hBN) presente na célula de reação dos experimentos em alta pressão. As amostras em contato com hBN a 227 ºC não apresentaram indícios de redução, já com a amostra que foi submetida a 1400 ºC foi possível observar que ocorreu a redução do óxido de germânio.

Lithium disilicate glass (Li2O•2SiO2), LS2, is a widely studied glass and glass-ceramic composition at atmospheric pressure with some studies at high pressures. SiO2 and GeO2 are very similar oxides, therefore this work begins by taking the LS2 composition and proposing an alteration in it: replacing one mole of SiO2 by one of GeO2 , resulting in the composition Li2O•GeO2•SiO2 . After confirming the glass formation, several experiments were performed altering pressure and temperature. Two thermal treatments were held in atmospheric pressure: one sample was submitted to a longer treatment for its complete crystallization, in which it was identified the formation of a solid solution of orthorhombic lithium disilicate (PDF 010-70-4856 Li2Si2O5) with germanium occupying some silicon sites; in the shorter treatment a transformation in glass-ceramic was observed. After a high pressure and room temperature processing there were no differences in glass transition and crystallization temperatures. However, after a high pressure and high temperature processing the germanium dioxide was reduced in the Li2O•GeO2 •SiO2 . Additional experiments were performed at atmospheric pressure to investigate the reduction process, possibly caused by the hexagonal boron nitride (hBN) present in the high pressure reaction cell. Samples in contact with hBN at 227 ºC did not present signs of reduction, nonetheless on the sample submitted to 1400 ºC it was possible to identify the reduction of the germanium oxide.