Szkło-ceramika jako materiał przyszłości

• Autorzy: Łączka K. , Cholewa-Kowalska K. , Wasylak J.

Warianty tytułu

EN

Glass-ceramics as a modern material

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Efektywny sposób wzmocnienia szkła odbywa się poprzez kierowaną krystalizację, dzięki której otrzymuje się tworzywa szkło-ceramiczne bardziej wytrzymałe pod względem mechanicznym, chemicznym i termicznym od samego szkła. Proces krystalizacji polega na odpowiedniej obróbce termicznej w temperaturach pomiędzy temperaturą transformacji szkła a temperaturą likwidusu. W niniejszej pracy badania zostały ukierunkowane na otrzymanie tworzyw szkło-ceramicznych w układzie Li2O-Al2O3-SiO2 w postaci materiałów prawie przezroczystych (nano-szkło-ceramika), przeświecających i nieprzezroczystych. Stwarza to szerokie możliwości aplikacyjne dla takich wyrobów od zastosowania w budownictwie i gospodarstwie domowym, poprzez zastosowanie w rekonstrukcyjnej stomatologii estetycznej, aż do różnych, wytrzymałych mechanicznie, termicznie i chemicznie elementów urządzeń technicznych. Opracowano składy chemiczne szkieł wyjściowych o różnym stosunku podstawowych składników Li2O/Al2O3 i różnej zawartości krzemionki SiO2. W przypadku wytopionych szkieł przeprowadzono badania termiczne DTA i na tej podstawie wyznaczono parametry krystalizacji. Po przeprowadzeniu kierowanej krystalizacji scharakteryzowano otrzymane produkty pod względem składu fazowego i mikrostruktury. Stwierdzono, że głównymi fazami krystalizującymi w tworzywie jest dwu-krzemian litu Li2Si2O5 i glino-krzemiany litu. Wyznaczono zakresy temperaturowe, w których otrzymuje się tworzywa przezroczyste, prześwięcające i nieprzejrzyste i określono dla nich wytrzymałość mechaniczną oraz współczynniki rozszerzalności liniowej.

EN

An effective way to strengthen glass runs through the directed crystallization which yields glass-ceramics more durable in terms of mechanical, chemical and thermal properties than the original glass. The process of crystallization is composed of an appropriate heat treatment at temperatures between the glass transition and liquidus temperatures typically ranging from about 500 °C to about 1000 °C. In this paper, studies were directed to obtain nearly transparent (nano-glass-ceramics), translucent and opaque glass-ceramic materials in the Li2O-Al2O3-SiO2 system. This creates a wide range of possibilities for application of the products, starting from the construction industry and households, through the use in reconstructive cosmetic dentistry to various thermally and chemically resistant items of technical equipment. Chemical compositions of glasses have been developed with a varying output ratio of primary Li2O/Al2O3 ingredients and a different content of silica. Lenses were subjected to DTA thermal studies, and on this basis the parameters of crystallization were determined. After the directed crystallization, the resultant products were characterized in terms of phase composition and microstructure. It was found that two-Li2Si2O5 lithium silicate and lithium aluminosilicates are the main phases that crystallize in the material. Temperature ranges required to obtain the transparent, translucent and opaque glass-ceramic materials were determined. Mechanical strength and thermal expansion coefficients of these materials were measured.

Słowa kluczowe

PL

szkło-ceramika; kierowana krystalizacja; nanokrystalizacja; przeświecalność; wytrzymałość mechaniczna

EN

glass-ceramics; directed crystallization; nanocrystallization; translucency; mechanical strength

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 64, nr 3
• Strony: 400--404
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Łączka K.

autor

Cholewa-Kowalska K.

autor

Wasylak J.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, KTSiPA, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków,

Bibliografia

• 1. Zanotto, E.D.: „A bright future for glass-ceramics”, Am. Ceram. Soc. Bull., 89, 8, (2010), 19-27.
• 2. Łączka K., Kounga A., Cholewa-Kowalska K.: „Materiały szkło-ceramiczne dla zastosowań stomatologicznych”, Materiały Ceramiczne, 64, 3, (2012), (w druku)
• 3. Łączka K., Kounga A., Górny T., Łączka M., Cholewa-Kowalska K.: „Modyfikowana szkło-ceramika LAS (Li2O-Al2O3-SiO2)”, Szkło i Ceramika, 6, (2011), 8-13.
• 4. Hölland W., Rheinberger V., Apel E., van’t Hoen C., Hölland M., Domman A., i in.: „Clinical applications of glass-ceramics in dentistry”, J. Mater. Sci.: Mater. Med., 17, (2006), 1037–1042.
• 5. Goharian P., Nemati A., Shabanian M., Afshar A.: „Properties, crystallization mechanism and microstructure of lithium disilicate glass–ceramic”, J. Non-Cryst. Solids, 356, (2010) ,208–214.
• 6. Sakamoto A, Himei Y, Hasibhe Y.: „β-spodumene Glass-ceramic with Anomalous Low Thermal Expansion”, Adv. Mater. Res., 39-40, (2008), 381-386.
• 7. Li Y., Liang K., Xu B., Cao J.W.: „ Crystallization mechanism and microstructure evolution of Li2O–Al2O3–SiO2 glass-ceramics with Ta2O5 as nucleating agent”, J. Therm. Anal. Calorim., 101, (2010), 941-948.
• 8. ElBatal F.H., Azooz M.A., Hamdy Y.M.: „Preparation and characterization of some multicomponent silicate glasses and their glass–ceramics derivatives for dental applications”, Ceram. Int., 35, (2009), 1211–1218.
• 9. Riello P, Canton P., Comaleto N., Polizzi S., Verita M., FAGHerazzi G., Hofmeister H., Hopfe S..: „Nucleation and crystallization behaviour of glass-ceramic materials in the Li2O-Al2O3-SiO2 system of interest for their transparency properties”, J. Non-Cryst. Solids., 288 (2001), 127-139.
• 10. Hu A.M., Liang K.M., Wang G., Zhou F., Peng F.: „Effect of nucleating agents on the crystallization of Li2O-Al2O3-SiO2 system glass”, J. Therm. Anal. Calorim., 78, 3, (2004), 991-997.
• 11. Materiały informacyjne firmy Ivoclar Vivadent.
• 12. Patent US6284340 B1, „Crystallized glass, magnetic substrate disc and magnetic disc”.
• 13. Patent US 5835659, „Optical fiber fixing substrate, method of producing the same and optical device”.
• 14. Technologia Szkła, praca zbiorowa pod red. B. Ziemby, Arkady Warszawa (1987).