Study of crystallization, microstructure and mechanical properties of lithium disilicate glass-ceramics as a function of the sintering temperature / Estudo da cristalização, microestrutura e propriedades mecânicas de uma vitrocerâmica de dissilicato de lítio em função da temperatura de sinterização

ABSTRACT

Objective: The purpose of the present study was to synthesize and characterize lithium disilicate glass-ceramics through the Li2O-SiO2system for determining the most satisfactory sintering parameter by evaluating the crystalline composition, microstructure and mechanical properties. Material and methods: The glass-ceramics were prepared from a glass precursor by means of the melting/cooling technique with a composition of 33.33 Li2O and 66.67 SiO2 (mol.%). The specimens were compressed by the uniaxial pressing technique and three different thermal treatments were used for sintering 850 °C (Group 1), 900 °C (Group 2), and 950 °C (Group 3), which were determined based on the differential scanning calorimetry (DSC) result. The glass-ceramics were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), Archimedes method, microhardness and biaxial flexural strength analyses. Results: The results regarding XRD predominantly showed lithium disilicate phase for all the heat treatments performed. Moreover, grains with a needle form were more predominantly observed in the SEM images for Group 3, as well as a higher densification and consequently higher mechanical properties. In contrast, Group 1 presented the lowest mechanical properties and densification, as well as the highest porosity. Conclusion: The present study demonstrated how extremely important it is to follow the heat treatment recommended by the manufacturers of ceramics, including time and temperature, which possess direct effects in the crystalline phase formation, as well as in the material's microstructure and mechanical properties (AU)

RESUMO

Objetivo: O presente estudo teve como objetivo sintetizar e caracterizar uma vitrocerâmica de dissilicato de lítio através do sistema Li2O-SiO2para determinar o parâmetro de sinterização mais satisfatório através da avaliação da composição cristalina, microestrutura e propriedades mecânicas. Material e Métodos: As vitrocerâmicas foram preparadas a partir de um vidro precursor pelo método fusão/resfriamento utilizando a composição de 33.33 Li2O e 66.67 SiO2 (mol.%). As amostras foram prensadas utilizando uma técnica de prensagem uniaxial e três tratamentos térmicos diferentes foram utilizadas para sinterização 850 °C (Grupo 1), 900 °C (Grupo 2), e 950 °C (Grupo 3), que foram determinados através do resultado da análise diferencial de calorimetria. As vitrocerâmicas foram caracterizadas através das análises de difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), métodos de Arquimedes, microdureza e ensaio de flexão biaxial. Resultados: Os resultados de DRX mostraram predominantemente a fase de dissilicato de lítio para todos os tratamentos realizados. Além disso, grãos com forma agulhada foram mais predominantemente observados por MEV no grupo 3, assim como uma densificação maior e consequentemente valores maiores das propriedades mecânicas. Em contraste, o grupo 1 apresentou os menores valores de propriedades mecânicas e densificação, e também a maior porosidade. Conclusão: O presente estudo demonstrou como é extremamente importante seguir o tratamento térmico recomendado pelos fabricantes de cerâmica, incluindo tempo e temperatura, que possuem efeitos diretos na formação da fase cristalina, assim como na microestrutura do material e propriedades mecânicas. (AU)