Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Nov 2020)
Kinetic study on the effect of adding P2O5 to the LMAS glass-ceramic
Abstract
Glasses in the LMAS (Li2O, MgO, Al2O3, SiO2) system containing F, CaO, ZrO2, and TiO2 were subjected to crystallization by incorporating P2O5. The glass stability, glass forming ability, and crystallization kinetics have been determined. Crystals of Lithium Aluminum Silicate (LixAlxSi1−xO2), Enstatite (MgSi2O6) and β-spodumene (LiAlSi2O6) were detected in the samples containing F, but β-spodumene was not observed in the glass-ceramic in its absence. Glasses containing F show a dependence of the activation with the addition of P2O5 with energy values ranging from 426 kJ mol−1 to 483 kJ mol−1, being this maximum found for P2O5 amounts up to 3 mol%. High concentrations of P2O5 and Al2O3 improve the glass stability and increase the crystallization temperature. The most common crystallization mechanism is of bulk type with a constant number of nuclei. Two- and three-dimensional growth of crystals was observed in glasses containing F but in its absence and at high Al2O3 concentration bulk crystallization with two- and one-dimensional growth is observed. Resumen: Vidrios del sistema LMAS (Li2O, MgO, Al2O3, SiO2) y que contienen además F, Ca, ZrO2 y TiO2 han sido llevados a cristalización mediante la adición de P2O5. La estabilidad vítrea, capacidad formadora de vidrio y cinética de cristalización han sido estudiadas. Se ha determinado la presencia de cristales de aluminosilicato de litio (LixAlxSi1−xO2), enstatita (MgSi2O6) y β-espodumena (LiAlSi2O6) en los vidrios que contenían F; sin embargo, sin la presencia de este, no se ha podido detectar β-espodumena. Los vidrios que contenían F muestran una dependencia en la energía de activación con el contenido en P2O5, encontrándose valores que oscilaban entre 426 kJ/mol y 483 kJ/mol, este último, el máximo encontrado para contenidos en P2O5 de hasta un 3%. A altas concentraciones de P2O5 y Al2O3 se observó un aumento de la estabilidad vítrea y de la temperatura de cristalización. Durante la cristalización, el mecanismo más común observado es una cristalización masiva con un número constante de núcleos. Se observó un crecimiento en dos y tres dimensiones en los cristales que contenían F, pero en aquellos preparados sin F y a altas concentraciones de Al2O3, la cristalización masiva con crecimiento uni- y bidimensional se apreció preferentemente.
