Influence of single-side ion exchange parameters in LZS and LZSA sintered glass-ceramics

• Autores: Luyza Bortolotto Teixeira, Elisângela Guzi de Moraes, Antonio Pedro Novaes de Oliveira
• Localización: Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, ISSN 0366-3175, Vol. 61, Nº. 6, 2022, págs. 663-676
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Influencia de los parámetros de intercambio iónico de un solo lado en vitrocerámicas LZS y LZSA sinterizadas
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    Durante el procesamiento/uso de vidrios y vitrocerámicas se generan defectos que comprometen su resistencia mecánica y un método utilizado para promover mayor resistencia es el intercambio iónico. Un ion (generalmente alcalino con radio iónico mayor) de una fuente externa (generalmente una sal) reemplaza la posición con otro ion alcalino (con radio iónico menor) del material. Esta sustitución iónica produce un esfuerzo de compresión residual en la superficie del material y esto promueve aumento de la resistencia mecánica. En este contexto, vitrocerámicas sinterizadas de los sistemas Li2O – Zr2O – SiO2 (LZS) y Li2O – Zr2O – SiO2 – Al2O3 (LZSA) fueron sometidas a intercambio iónico mediante el método de la pasta de sal utilizando diferentes relaciones sodio-litio, temperaturas de 100°C por debajo de las temperaturas de transición vítrea de los vidrios parentales y tiempos de 60 a 600 min. La pequeña cantidad de sodio obtenida después del tratamiento químico (0,30 – 0,80%) en la capa de intercambio verificada en vitrocerámicas LZS (hasta 900 μm) resultó en tensiones superficiales con aumento de 14% de resistencia mecánica. El contenido de sodio presentado en las vitrocerámicas LZSA (0,40 – 0,70%) se distribuyó en una capa de intercambio excesiva (hasta 2.000 μm) que resultó en disminución del 42% en la resistencia mecánica. Los dos sistemas vitrocerámicos estudiados presentan aumento del módulo de Weibull.

  • English

    During processing and use of glass and glass-ceramic products, defects are generated, compromising their mechanical strength and one of the methods applied to promote an increase in mechanical strength is the ion exchange. An ion (usually an alkaline with larger ionic radius) from an external source (usually a salt) replaces position with another alkaline ion (with smaller ionic radius) from material. This ion substitution produces residual compressive stress on materials surface, which can promotes an increasing in mechanical strength. In this context, sintered glass-ceramic from the systems Li2O–Zr2O–SiO2 (LZS) and Li2O–Zr2O–SiO2–Al2O3 (LZSA) were subjected to ion exchange by salt paste method using different sodium-lithium ratios, at temperatures 100°C below to the glass transition temperatures of the parent glasses, with 60–600min holding time. Despite the small amount of sodium obtained after ion exchange (0.30–0.80wt.%), the exchange layer verified in sintered LZS glass-ceramics (up to 900μm) resulted in adequate superficial tensions with 14% mechanical strength increase. Otherwise, the sodium content presented in sintered LZSA glass-ceramics after ion exchange (0.40–0.70wt.%) was distributed in an excessive exchange layer (up to 2000μm) which resulted in decrease of 42% on mechanical strength. For both glass-ceramics systems studied, an increase of Weibull modulus was verified.