Caracterização estrutural e mecânica de vitrocerâmicas de dissilicato de bário

dc.contributor.advisor1Serbena, Francisco Carlos
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dc.contributor.instituicao-banca1Universidade Estadual de Ponta Grossa (UEPG)pt_BR
dc.contributor.instituicao-banca2Universidade Estadual de Ponta Grossa (UEPG)pt_BR
dc.contributor.instituicao-banca3Universidade Estadual de Maringá (UEM)pt_BR
dc.contributor.instituicao-banca4Universidade Federal de Lavras (UFLA)pt_BR
dc.contributor.referee1Chinelatto, Adriana Scoton Antonio
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dc.contributor.referee2Pinheiro, Luís Antonio
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dc.contributor.referee3Soares, Viviane Oliveira
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dc.contributor.referee4Gallo, Leonardo Sant'Ana
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dc.creatorSabino, Simone do Rocio Ferraz
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dc.date.accessioned2023-03-02T18:57:57Z
dc.date.accessioned2026-06-29T14:30:44Z
dc.date.available2023-03-02T00:00:00Z
dc.date.available2023-03-02T18:57:57Z
dc.date.issued2022-12-01
dc.description.abstractBarium disilicate (BaO.2SiO2) glass (BS2) is one of the few stoichiometric glasses that nucleates homogeneously via thermal treatment. It is a scarcely assessed model system in microstructure-property studies. This systematic research addresses the mechanical strength and fracture toughness variation as a function of the crystallized volume fractions, crystal size, and the effect of residual stresses in BS2 glass-ceramics. These microstructural features were independently modified; the average crystal diameter varied from 5 to 100 μm and the crystallized volume fraction from 0 to 90% (because the spherulites are not 100% crystalline). The average internal residual stresses in the spherulites in this system are tensile and estimated to be in the 40-170 MPa range. Samples with mean spherulite size >30 μm showed spontaneously fractured crystals caused by the residual stresses. These microcracking affected the biaxial strength, but not the fracture toughness, (KIC). The KIC increased with increasing the spherulite size and crystallized volume fraction. X-ray diffraction analysis revealed that the spherulites contain residual glass, and this amount depends on spherulite size. Toughening mechanisms were more effective in glass-ceramics containing spherulites with a higher degree of internal crystallization. The variation of KIC with the crystallized volume fraction was similar for glass-ceramics with different crystal sizes. Combination of the current findings on BaO.2SiO2 (crystals under tensile residual stresses) with previous studies of Li2O.2SiO2 glass-ceramics (compressive residual stresses) indicates that crystallization of a tougher phase – not the type of residual stress – is the crucial parameter controlling fracture toughness and strength. These results can be useful to design novel strong and tough glass-ceramics.pt_BR
dc.description.resumoO vidro de dissilicato de bário (BaO.2SiO2) (BS2) é um dos poucos vidros estequiométricos que nucleiam homogeneamente por meio de tratamento térmico. É um sistema modelo pouco avaliado em estudos de propriedades microestruturais. Esta pesquisa sistemática aborda a variação da resistência mecânica e tenacidade a fratura em função das frações de volume cristalizado, tamanho do cristal e efeito das tensões residuais em vitrocerâmicas BS2. Essas características microestruturais foram modificadas independentemente; o diâmetro médio do cristal variou de 5 a 100 μm e a fração de volume cristalizado de 0 a 90% (porque os esferulitos não são 100% cristalinos). As tensões residuais internas médias nos esferulitos neste sistema são de tração e estimadas na faixa de 40-170 MPa. Amostras com tamanho médio de esferulito >30 μm mostraram cristais fraturados espontaneamente causados pelas tensões residuais. Essas microtrincas afetaram a resistência biaxial, mas não a tenacidade à fratura, (KIC). O KIC aumentou com o aumento do tamanho do esferulito e da fração de volume cristalizado. A análise de difração de raios X revelou que os esferulitos contêm vidro residual, e essa quantidade depende do tamanho dos esferulitos. Os mecanismos de tenacificação foram mais eficazes em vitrocerâmicas contendo esferulitos com maior grau de cristalização interna. A variação do KIC com a fração volumétrica cristalizada foi semelhante para vitrocerâmicas com diferentes tamanhos de cristal. A combinação das descobertas atuais sobre BaO.2SiO2 (cristais sob tensão residual de tração) com estudos anteriores de vitrocerâmicas Li2O.2SiO2 (tensão residual compressiva) indicam a cristalização de uma fase mais tenaz – não o tipo de tensão residual – é o parâmetro crucial que controla a tenacidade e a resistência à fratura. Esses resultados podem ser úteis para projetar novas vitrocerâmicas fortes e resistentes.pt_BR
dc.identifier.citationSABINO, Simone do Rocio Ferraz. Caracterização estrutural e mecânica de vitrocerâmicas de dissilicato de bário. 2022. Tese (Doutorado em Engenharia e Ciência de Materiais) - Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, 2023.pt_BR
dc.identifier.urihttps://ri.uepg.br/handle/123456789/2304
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Estadual de Ponta Grossapt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentDepartamento de Engenharia de Materiaispt_BR
dc.publisher.initialsUEPGpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia e Ciências de Materiaispt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectVidrospt_BR
dc.subjectVitrocerâmicapt_BR
dc.subjectDissilicato de báriopt_BR
dc.subjectPropriedades mecânicaspt_BR
dc.subjectTensão residualpt_BR
dc.subjectMicroestruturapt_BR
dc.subjectGlassespt_BR
dc.subjectGlass-ceramicspt_BR
dc.subjectBarium disilicatept_BR
dc.subjectMechanical propertiespt_BR
dc.subjectResidual stresspt_BR
dc.subjectMicrostructurept_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICApt_BR
dc.titleCaracterização estrutural e mecânica de vitrocerâmicas de dissilicato de báriopt_BR
dc.typeTesept_BR

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