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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.18.2017.tde-17082017-111528
Document
Author
Full name
Marcelo Gomes Bacha
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2017
Supervisor
Committee
Ferreira, Eduardo Bellini (President)
Andreeta, Marcello Rubens Barsi
Rodrigues, Ana Candida Martins
Salomão, Rafael
Souza, Dulcina Maria Pinatti Ferreira de
Title in Portuguese
Sinterização de vidro soda-cal-sílica comercial assistida por campo elétrico
Keywords in Portuguese
Campo elétrico
Flash sintering
Sinterização
Soda-cal-sílica
Vidro
Abstract in Portuguese
Métodos de produção eficientes que economizam tempo e energia são sempre exigidos e novos processos de sinterização de baixo custo têm sido desenvolvidos para materiais cerâmicos e implementados por empresas e pesquisadores em todo o mundo. Com este objetivo, uma nova abordagem conhecida como Flash Sintering está atraindo grande interesse. Esta nova técnica de sinterização envolve a aplicação de campo elétrico através de uma amostra durante o aquecimento, gerando assim aceleração abrupta da cinética de densificação, diminuindo o tempo de sinterização de horas para segundos e diminuindo o aquecimento do forno em até centenas de graus Celsius. Frequentemente descritas para cerâmicas policristalinas e compósitos de cerâmica e vidro, a sinterização auxiliada por campo elétrico com apenas vidro não foi encontrado na literatura. A sinterização assistida por campo elétrico foi controlada com sucesso, sem que ocorresse o escoamento da amostra, obtendo uma elevada densidade relativa do vidro comercial. Um vidro de janela soda-cal-sílica não estequiométrica foi usado na pesquisa devido à sua importância comercial, por ser um material de partida de baixo custo, por apresentar condução iônica e haver na literatura dados de propriedades físicas e de cinética de sinterização convencional. O campo elétrico também influencia fortemente a cinética de sinterização do vidro soda-cal-sílica. Os resultados experimentais foram comparados com cálculos analíticos realizados a partir do modelo de Clusters não-isotérmico de sinterização de vidro por fluxo viscoso com cristalização concorrente. O aumento de temperatura nos compactos de pó de vidro durante o aquecimento do forno e aplicação de campo elétrico foi estimado usando um modelo de radiação de corpo negro. Preliminarmente, o aumento da temperatura devido ao efeito Joule pode explicar a diminuição da temperatura de amolecimento em comparação com a temperatura do forno e a sinterização rápida do vidro estudado.
Title in English
Commercial soda-lime-silica glass sintering assisted by electrical field
Keywords in English
Electric field
Flash sintering
Glass
Sintering
Soda-lime-silica
Abstract in English
Efficient production methods saving time and energy are always demanded and novel reduced-cost sintering processes have being developed for ceramic materials and implemented by companies and researchers of all over the world. With this aim, a new sintering approach generally known as flash sintering is attracting great interest. This new sintering technique involves the application of electric field through a sample while heating, thereby generating abrupt acceleration of the densification kinetics, decreasing the sintering time from hours to seconds and decreasing the oven heating in up to hundreds of degrees Celsius. Well described for polycrystalline ceramics and ceramic-and-glass composites, the sintering of pure glass aided by electric field is still lacking in the literature. The sintering assisted by electric field, was successfully controlled, without sample flow, achieved a high relative density of a commercial glass. A non-stoichiometric soda-lime-silica window glass was used due to its commercial importance, low cost starting material, ionic conduction, and literature on physical properties and conventional sintering kinetics. Electric field was observed to also strongly influence window glass sintering kinetics. The experimental results were compared with analytical calculations obtained from the non-isothermal Clusters model of glass sintering by viscous flow with concurrent crystallization. The temperature increase in the glass powder compacts during oven heating and electric field application was estimated by using a black-body radiation model. Preliminary, the temperature increase due to Joule effect can explain the softening temperature decrease compared with the oven temperature, and the fast sintering of the studied glass.
 
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Publishing Date
2017-09-12
 
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