Crystallization of SiO2-Al2O3-Mg(Zn)O glasses nucleated by TiO2.

• Autorzy: Stoch L. , Dutkiewicz J. , Morgiel J. , Stoch P.

Warianty tytułu

PL

Krystalizacja szkieł SiO2-Al2O3-Mg(Zn)O nukleowana TiO2.

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The structural mechanism and progress of crystallization of glass from SiO2-Al2O3-Mg(Zn)O+TiO2 nucleator system was investigated. Obtaining nanocrystalline glass-ceramic material of improved mechanical properties was the aim of the study. In the early stage of crystallization near glass transformation temperature (Tg=750 degrees centigrade), Mg, Al-titanate, as small as 5-20 nm dendrite-like precipitates are formed. They nucleate the Mg-silicate crystallization. HRTM study results indicate that TiO2 nucleated crystallization of silicate glasses proceeds directly by a local rearrangement and ordering of the glass structure atoms as a disorder-order solid state transformation but not by amorphous phase separation, as it has been supposed up to now. Above 800 degrees centigrade crystals of high temperature quartz structure s.s. of appears. When the temperature is higher than 1000 degrees centigrade cordierite crystallizes which is the thermodynamic equilibrium crystal phase. It is obtained by the formation and subsequent reconstitution of the structure of intermediate, metastable crystal phases. Two stage heat treatment including nucleation (800 degrees centigrade) and bulk crystallization (900-1000 degrees centigrade) makes the formation of the glass-ceramic material, containing clinoenstatite and Mg-petalite of 50-100 nm crystal size possible.

PL

Zbadano mechanizm strukturalny i postęp krystalizacji wybranych szkieł z układu SiO2-Al2O3-(Mg, Zn)O+TiO2 (nukleator). Otrzymanie nanokrystalicznego materiału szkło-ceramicznego o ulepszonych właściwościach mechanicznych stanowiło cel tych badań. We wczesnym stadium krystalizacji, w pobliżu temperatury transformacji szkła (Tg=750 stopni Celsjusza), powstaje tytanian glinowo-magnezowy w formie drobnych, 5-20 nm wytrąceń o kształcie dendrytów. Są one zarodkami krystalizacji krzemianów magnezu. Wyniki badań tych szkieł, za pomocą HRTM wykazały, że krystalizacja szkieł krzemianowych, nukleowana przez TiO2 odbywa się bezpośrednio, drogą lokalnych przemieszczeń atomów w strukturze szkła i ich porządkowaniu, jako przemiana stanu stałego typu nieporządek-porządek nie zaś poprzez odmieszanie fazy amorficznej, jak dotąd sądzono. Powyżej 800 stopni Celsjusza powstają kryształy roztworu stałego typu Mg-petalitu o strukturze wysokotemperaturowego kwarcu. Powyżej 900 stopni Celsjusza, w miejsce Mg-petalitu tworzą się klioenstatyt i forsteryt. Gdy temperatura przekroczy 1000 stopni Celsjusza krystalizuje kordieryt, który w tych szkłach jest fazą stanu równowagi termodynamicznej. Powstaje on jak widać poprzez tworzenie się pośrednich faz metatrwałych a następnie przebudowę ich struktury. Dwustopniowe wygrzewanie szkła obejmujące nukleację (800 stopni Celsjusza) i objętościową krystalizację (900-1000 stopni Celsjusza) pozwala otrzymać materiał szkło-ceramiczny zawierający nanometryczne (50-100 nm) kryształy klinoenstatytu i Mg-petalitu jako składników głównych.

Słowa kluczowe

EN

crystallization; crystallization of glass; glass-ceramic materials; nanocrystalline materials; mechanical properties

PL

krystalizacja; krystalizacja szkieł; materiał szkło-ceramiczny; materiał nanokrystaliczny; właściwości mechaniczne

• Wydawca: Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego
• Czasopismo: Archiwum Nauki o Materiałach
• Rocznik: 2004
• Tom: T. 25, nr 1
• Strony: 21--36
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Stoch L.

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

autor

Dutkiewicz J.

• Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN, ul. Reymonta 25, 30-059 Kraków

autor

Morgiel J.

• Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN, ul. Reymonta 25, 30-059 Kraków

autor

Stoch P.

• Wydział Fizyki i Techniki Jądrowej, Akademia Górniczo-Hutnicza, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] P. Tick, M. Dejneka, Proc. XVI Int. Congress on Glass, San Francisco, 1998.
• [2] H. G. Kim, T. Komatsu, J. Mat. Sci. Lett. 17, 1198 (1998).
• [3] T. Niskida, S. Kubuki, J. Mater. Chem. 7, 1801 (1997).
• [4] L. R. Pinckney, G. H. Beall, J. Non-Cryst. Solids 219, 219 (1997).
• [5] G. H. Beal, L. R. Pinckney, J. Am. Ceram. Soc. 82,5(1999).
• [6] L. Stoch, High Temp. Mater. Processes, 10, 245 (1992).
• [7] L. Stoch. Proc. Int. Congr. Glass, Edinburgh, Scotland 1-6 My 2001, 1, 62 (2001).
• [8] M. Hande, W Mozgawa, Vibrational Spectrosc. 5, 75 (1993).
• [9] J. Dutkiewicz, L. Stoch, J. Morgiel, G. Kostorz, P. Stoch, Chem. Phys., 81, 411 (2003).