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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.18.2021.tde-03012024-170546
Document
Author
Full name
João Matheus Rugeri Murdiga
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2021
Supervisor
Committee
Ferreira, Eduardo Bellini (President)
Pallone, Eliria Maria de Jesus Agnolon
Silva, Joao Gustavo Pereira da
 
Title in Portuguese
Efeito do campo elétrico na sinterização de vidros no sistema Li2O-SiO2
Keywords in Portuguese
flash sintering
análise computacional
dissilicato de lítio
modelo de clusters
simulação
sinterização
vidros
Abstract in Portuguese
 As elevadas temperaturas e tempos necessários para a sinterização de materiais cerâmicos têm estimulado a busca por melhores alternativas, como a aceleração do processo pela aplicação de um campo elétrico. Essa técnica vem sendo estudada há alguns anos em materiais cerâmicos policristalinos, mas só recentemente passou a ser testada na sinterização de compactos de vidros em pó. Uma das abordagens é o Flash Sintering, que utiliza um forte campo elétrico para promover a rápida sinterização através da passagem de corrente pela amostra, o que gera um aquecimento extremo durante poucos segundos, gerando efeito Joule. No entanto, vários aspectos da aplicação da técnica à compactos de vidros em pó precisam ser melhor entendidos, como a função de cada óxido do vidro no processo, a influência da composição química, a relação entre Flash e cristalização simultânea, entre outros. O presente trabalho foi bem sucedido ao elaborar um software de inteligência artificial baseada nos algoritmos de Canny e de Limiarização de Gauss para a detecção do corpo de prova, possibilitando o cálculo Frame a Frame da retração do corpo de prova ao longo dos experimentos de Flash Sintering de vidros. O modelo de clusters, também foi programado, esse modelo permite estimar o comportamento da sinterização de materiais vítreos através de fluxo viscoso, e em conjunto com o software anterior permite calcular as taxas de aquecimento do corpo de prova. Um modelo baseado em diversos processos físicos foi desenvolvido para simular o Flash, e o resultado comparado a resultados experimentais, apresentando uma similaridade notável com as situações práticas. Por fim, experimentos de sinterização foram realizados com e sem a presença de campo elétrico em duas composições no sistema Lítia-Sílica, tendo como composição principal o dissilicato de lítio, esses experimentos foram utilizados na validação dos resultados computacionais e puderam comprovar a eficiência do software desenvolvido e do modelamento matemático do processo.
 
Title in English
Effect of electric field on glass sintering in the Li2O-SiO2 system
Keywords in English
cluster model
computational analysis
flash sintering
glass
lithium disilicate
simulation
sintering
Abstract in English
 The high temperatures and time intervals required for the sintering of ceramic materials have strengthened the research for cheaper alternative processes, such as time reduction by applying an electric field. The application of an electric field during the sintering of polycrystalline ceramic materials has been studied for years, but only recently has it been tested with powdered glass compacts. One approach is called Flash Sintering, which uses a strong electric field to foment rapid sintering by passing current through the sample and overheating by the Joule effect. However, several aspects of applying the technique to powdered glass compacts need to be better understood, such as what is the function of each glass oxide in the process, the influence of chemical composition, the relationship between Flash and simultaneous crystallization. This work was successful by developing an artificial intelligence software based on the Canny and Gaussian Thresholding algorithms for the detection of the specimen, enabling the Frame-to-Frame calculation of the specimen retraction during the Flash Sintering experiments with glasses. The Cluster model was also programmed, this model can estimate the sintering behavior of vitreous materials through viscous flow, and when the results are compared with the previous software, it can calculate the heating rates of the specimen. A model based on several physical processes was developed to simulate Flash, and the result was compared to experimental results, showing a remarkable similarity with the real world. Finally, sintering experiments were executed out with and without an electric field in two compositions in the Lithia-Silica system, with lithium disilicate as the main composition. These experiments were used to validate the computational results and were able to prove the efficiency of the software developed and the mathematical modeling of the process.
 
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Publishing Date
2024-01-05
 
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