Sistema vítreo germanossilicato de lítio : formação, estabilidade, cinética de cristalização e amorfização induzida por pressão

Abstract

O vidro dissilicato de lítio (Li2O•2SiO2 ) foi modificado com GeO2 resultando nas composições Li2O•2GeO2•2SiO2 (L1G2S2 ) Li2O•GeO2•SiO2 (L1G1S1 ) e GeO2•SiO2 (L0G1S1 ). A formação de vidro foi investigada e confirmada para as composições L1G2S2 e L1G1S1 através de análise térmica diferencial e difração de raios X. Foram realizados dois tratamentos térmicos para cada composição, de modo a obter duas vitrocerâmicas com frações cristalinas diferentes. As fases cristalinas foram identificadas, através de difração de raios X, como soluções sólidas de Li2 (Ge,Si)2O5 (silicato de lítio, PDF 010-70-4856). Os espectros Raman de todas as amostras foram analisados e discutidos. A presença de bandas associadas ao Ge em sítios de defeito em vidros de sílica e outras atribuídas a ligações Si-O-Ge sugerem que uma única rede foi estabelecida tanto por SiO2 quanto por GeO2 , ao invés de duas redes separadas, o que está de acordo com a formação da solução sólida. Os índices de refração, propriedades térmicas e mecânicas foram discutidos em função de composição e/ou tratamento térmico. Ademais, análises in situ de espectroscopia Raman e difração de raios X sob alta pressão em células de diamante revelam uma dependência da estrutura com a pressão, onde as mudanças parecem majoritariamente reversíveis para o vidro L1G1S1 e irreversíveis para sua respectiva vitrocerâmica. Foi identificada a amorfização induzida por pressão para a vitrocerâmica, em pressões acima de 10 GPa.

Lithium disilicate glass (Li2O•2SiO2 ) was modified using GeO2 resulting in compositions Li2O•2GeO2•2SiO2 (L1G2S2 ) Li2O•GeO2•SiO2 (L1G1S1 ), and GeO2•SiO2 (L0G1S1 ). The glass formation was investigated and confirmed for compositions L1G2S2 and L1G1S1 through differential thermal analysis and X-ray diffraction. Two heat treatments were conducted for each glass composition to form two glass-ceramic samples with different crystalline fractions. The crystalline phase was identified through X-ray diffraction as a Li2 (Ge,Si)2O5 solid solution of lithium silicate (PDF 010-70-4856). Raman spectra of all samples were analyzed and discussed. The presence of bands associated with Ge in defect sites in silica glass, and those associated with Si-O-Ge bonds suggest the network is established by both SiO2 and GeO2 and not two separate networks, which is in accord with the formation of a solid solution. The refractive index and mechanical and thermal properties are discussed as functions of composition and glass-ceramic formation. Furthermore, high pressure in situ Raman spectroscopy and X-ray diffraction measurements using diamond anvil cells reveal a structural dependance on pressure, where changes seem majorly reversible for L1G1S1 glass sample and irreversible for L1G1S1 glass-ceramic sample. Pressure induced amorphization was observed for the glass-ceramic sample on pressures higher than 10 GPa.