Non-stoichiometric crystallization of glasses in the combeite-devitrite (Na2O.2CaO.3SiO22Na2O.3CaO.6SiO2) joint: initial and advanced stages (2025)
- Authors:
- Autor USP: MACENA, GUILHERME DA SILVA - EESC
- Unidade: EESC
- Sigla do Departamento: SMM
- DOI: 10.11606/T.18.2025.tde-28052025-102623
- Subjects: CRISTALIZAÇÃO; NUCLEAÇÃO; VIDRO
- Keywords: Crescimento de cristais.; Não-estequiometria.; Vidros óxido.
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: Sabe-se que o vidro é um estado condensado da matéria, não cristalino e fora do equilíbrio, caracterizado pelo fenômeno da transição vítrea, e não um material específico. A estrutura do vidro tende a relaxar para a do líquido super-resfriado característico da temperatura em que se encontra e se cristalizar. Esse fenômeno é de grande importância na produção de vidros e vitrocerâmicas, materiais produzidos pela cristalização controlada de vidros. Uma fase cristalina de grande interesse tecnológico e comercial é a combeíta, Na2O.2CaO.3SiO2, que encontra diversas aplicações, desde vidros de janela até biovidros. Essa composição forma vidro com relativa facilidade e apresenta um intervalo de solução sólida. Durante o processo de cristalização, os cristais dessa fase inicialmente apresentam alta concentração de sódio, que diminui progressivamente com o crescimento subsequente. Visando compreender o efeito da não estequiometria e formação de solução sólida na cristalização, este trabalho teve como objeto estudar a cinética de formação de cristais de combeíta em vidros no sistema Na2O.2CaO.3SiO2- Na2O.3CaO.6SiO2. Suas taxas de nucleação e crescimento de cristais foram medidas junto com a variação da composição da solução sólida e do vidro residual durante o processo de cristalização. Foram utilizadas microscopia óptica e eletrônica, calorimetria exploratória diferencial (DSC) para acompanhamento da fração cristalina e obtenção das temperaturas características (liquidus e transição vítrea 𝑇𝑔), e espectroscopia de raios X por dispersão de energia (EDS) para a determinação da composição das fases presentes. Ainda é importante ressaltar que, durante os estágios iniciais, podemos ignorar a interação entre núcleos cristalinos e a influência dessa proximidade na composição do vidro residual, diferentemente dos estágios avançados de cristalização. Os resultados mostram que o desvioda composição do vidro precursor da estequiometria dos cristais precipitados leva a uma redução na força motriz termodinâmica e a um aumento da energia interfacial núcleo cristalino-líquido super-resfriado, diminuindo significativamente as taxas de nucleação e crescimento. A análise quantitativa dos perfis de concentração na zona de difusão revelou que a taxa de nucleação diminui drasticamente próximo à interface cristal-vidro devido ao aumento do trabalho de formação do núcleo crítico causado pelo aumento de concentração de cálcio, que é rejeitado pelo cristal em crescimento se acumulando em sua fronteira, caracterizando assim a zona de difusão. Este estudo aumenta a compreensão dos mecanismos complexos de cristalização de vidros nãoestequiométricos, contribuindo para o entendimento fundamental e aplicações práticas desses materiais.
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- Publisher place: São Carlos
- Date published: 2025
- Data da defesa: 28.03.2025
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- Cor do Acesso Aberto: gold
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ABNT
MACENA, Guilherme da Silva. Non-stoichiometric crystallization of glasses in the combeite-devitrite (Na2O.2CaO.3SiO22Na2O.3CaO.6SiO2) joint: initial and advanced stages. 2025. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2025. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-28052025-102623/. Acesso em: 14 jul. 2025. -
APA
Macena, G. da S. (2025). Non-stoichiometric crystallization of glasses in the combeite-devitrite (Na2O.2CaO.3SiO22Na2O.3CaO.6SiO2) joint: initial and advanced stages (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-28052025-102623/ -
NLM
Macena G da S. Non-stoichiometric crystallization of glasses in the combeite-devitrite (Na2O.2CaO.3SiO22Na2O.3CaO.6SiO2) joint: initial and advanced stages [Internet]. 2025 ;[citado 2025 jul. 14 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-28052025-102623/ -
Vancouver
Macena G da S. Non-stoichiometric crystallization of glasses in the combeite-devitrite (Na2O.2CaO.3SiO22Na2O.3CaO.6SiO2) joint: initial and advanced stages [Internet]. 2025 ;[citado 2025 jul. 14 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-28052025-102623/ - Cinética de cristalização não-estequiométrica de vidros no sistema 'NA IND.2''O'.'CA''O'.3'SI''O IND.2' - 'NA IND.2''O'.3'CA''O'.6'SI''O IND.2'
- Diffusion zone evolution around growing crystals in combeite glass
- Off-stoichiometry effects on crystal nucleation and growth kinetics in soda-lime-silicate glasses. The combeite (Na2O•2CaO•3SiO2) – devitrite (Na2O•3CaO•6SiO2) joint
- Effect of non-stoichiometry on the crystal nucleation and growth in oxide glasses
Informações sobre o DOI: 10.11606/T.18.2025.tde-28052025-102623 (Fonte: oaDOI API)
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