Transformaciones de fases durante la devitrificación del sistema amorfo MgO-Li2O-Al2O3 - 3.5SiO2. Efecto en las propiedades de Transparencia y Microdureza

Los vidrios de aluminosilicato de magnesio y litio tratados térmicamente, permiten obtener cristales de ß-cuarzo ópticamente isotrópicos con un índice de refracción cercano al del sistema amorfo, lo cual sugiere la posibilidad de obtener sistemas policristalinos transparentes con buenas propiedades mecánicas. El objetivo de este estudio es evaluar las propiedades de transparencia y microdureza del sistema MgO-Li₂O-Al₂O₃-3.5SiO₂ (MLAS) en función del su grado de cristalinidad bajo tratamientos térmicos controlados. Muestras pulidas (~1,5 mm de espesor) de un vidrio de MLAS obtenido por fusión, se sometieron a tratamientos térmicos con variación de temperaturas entre los 625°C y los 725°C, a diferentes tiempos de exposición (~10-120 min). Con el fin de evaluar sus propiedades ópticas, según el tratamiento térmico al que fueron sometidas, a las muestras se les determinó el grado de transmitancia en la región ultravioleta- visible-NIR. Mediante microscopía óptica se determinó el grado de cristalinidad en función de la cantidad y el tamaño de los cristales. Los resultados de la cristalinidad (DRX) muestran que a temperaturas entre 650 °C y 675 °C se favorece los procesos de nucleación de ß-Cuarzo, mientras que a temperaturas más altas como 700 °C y 725 °C se favorece principalmente el crecimiento de cristales de ß-Espodumena. El desarrollo de grandes cristales de ß- Espodumena induce a la reducción de la transparencia y empeora las propiedades mecánicas respecto al vitrocerámico de ß-Cuarzo. Con el interés de producir materiales transparentes y con buenas propiedades mecánicas a partir de vidrios de MgO- Li₂O-Al₂O₃-3.5SiO₂ los resultados de este trabajo permiten recomendar tratamientos térmicos a 650 °C durante 30 minutos con el fin de desarrollar cristales tipo ß-Cuarzo.

Heat treated magnesium and lithium aluminosilicate glasses develop ß-Quartz phases with isotropic optical properties with a refraction index close to the amorphous system. This fact allows to develop transparent polycrystalline materials with outstanding mechanical properties. The aim of this paper was evaluate transparence and microhardness for the MgO-Li₂O-Al₂O₃-3.5SiO₂ ( MLAS) system as a function of the crystalline fraction after thermal processes. Polished samples of MLAS glass (~ 1,5 mm thick) were heat treated in the temperature range from 625°C up to 725°C during different times (~10-120 min). The optical properties were evaluated by transmittance using UV-VIS-NIR spectrometer. Crystals number and size were estimated by optical microscopy. X-ray diffraction indexation of heat treated samples from 650 °C up to 675 °C precipitates mainly ß-Quartz meanwhile heat treated samples from 700 °C up to 725 °C precipitates mainly p-Spodumene. Transparence decreases as the ß-Spodumene crystal size increases, and respect to ß- Quartz glass-ceramics, poor mechanical properties are developed. Using the results of this work, in order to build up transparent glass ceramics from the parent glass with outstanding mechanical properties we suggest 650 °C heat treatments during 30 minutes with the aim to precipitate ß-Quartz instead of ß-Spodumene crystals.