Research Article
BibTex RIS Cite

Isıl İşlem Parametrelerinin Lityum Disilikat-Wollastonit Esaslı Cam-Seramiklerin Kristallenme Davranışı ve Özellikleri Üzerine Olan Etkisinin İncelenmesi

Year 2023, Volume: 23 Issue: 6, 1507 - 1515, 28.12.2023
https://doi.org/10.35414/akufemubid.1281106

Abstract

Bu çalışmanın temel amacı, uygulanan ısıl işlem parametrelerinin Li2O-SiO2-CaO-K2O-Al2O3-P2O5 sisteminden döküm yoluyla elde edilen lityum disilikat-wollastonit esaslı cam-seramiklerin kristallenme davranışı, mikroyapısı, fiziksel ve mekanik özellikleri üzerine olan etkilerini değerlendirmektir. Cam seramik numunelerin faz içeriği ve mikroyapısı, X-ışını difraktometresi (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve EDS analizleri ile karakterize edilmiştir. Numunelerin bulk yoğunlukları Arşimet prensibi ile belirlenirken mekanik özellikler bir Vickers mikrosertlik test cihazı kullanılarak ölçülmüştür. XRD analizleri 850°C’de 5 saat süreyle gerçekleştirilen ısıl işlemler neticesinde lityum disilikat (Li2Si2O5 ) ve wollastonit (CaSiO3 ) fazlarının camların kristalizasyon işleminden sonra yapıda gelişen temel kristal fazlar olduğunu göstermiştir. SEM analizleri ayrıca cam-seramiklerin mikroyapılarının yüzeyden merkeze doğru büyüme eğilimi gösteren çubuksu lityum disilikat ve lamelar wollastonit kristallerinden oluştuğunu ve kristalit boyutunun artan ısıl işlem sıcaklığı ve süreleri ile artma eğiliminde olduğunu ortaya koymuştur. Isıl işlem sıcaklıkları ve sürelerinin artması ayrıca kristalinitenin gelişmesi ile sonuçlanırken, 800°C’de 5 saatlik ısıl işlem parametresinde optimum mekanik özellikler ve yoğunluk değerleri elde edilmiştir.

References

  • Abo-Mosallam, H. A., and Mahdy, E. A., 2019. Crystallization behavior and properties of fluorcanasite–lithium disilicate glasses for potential use in dental application. Ceramics International, 45(17), 21144-21149.
  • Daguano, J. K., Milesi, M. T., Rodas, A. C., Weber, A. F., Sarkis, J. E., Hortellani, M. A. and Zanotto, E. D., 2019. In vitro biocompatibility of new bioactive lithia-silica glass-ceramics. Materials Science and Engineering: C, 94, 117-125.
  • El-Meliegy, E. and Van Noort, R., 2012. Glasses and glass ceramics for medical applications. Springer science and business media, 167-218.
  • Hossain, S. S., Yadav, S., Majumdar, S., Krishnamurthy, S., Pyare, R., and Roy, P. K., 2020. A comparative study of physico-mechanical, bioactivity and hemolysis properties of pseudo-wollastonite and wollastonite glass-ceramic synthesized from solid wastes. Ceramics International, 46(1), 833-843.
  • Höland, W., Apel, E., van‘t Hoen, C., and Rheinberger, V., 2006. Studies of crystal phase formations in high-strength lithium disilicate glass–ceramics. Journal of Non-Crystalline Solids, 352(38-39), 4041-4050.
  • Kraipok, A., Mamanee, T., Ruangsuriya, J., and Leenakul, W., 2021. Investigation of phase formation and mechanical properties of lithium disilicate glass-ceramic doped CeO2. Journal of Non-Crystalline Solids, 561, 120772.
  • Li, D., Li, X. C., Meng, M., Wei, R., He, L., and Zhang, S. F., 2018. Strengthening of a lithium disilicate glass-ceramic by rapid cooling. Ceramics International, 44(10), 11650-11657.
  • Monteiro, R. H., Alves, M. F. R. P., Strecker, K., dos Santos, C., and Elias, C. N., 2022. Effect of preheating and isothermal holding time on the crystallization, densification and properties of a sintered lithium silicate glass-ceramic. Ceramics International, 48(4), 5590-5600.
  • Sun, Y., Ma, L., Cui, J., Feng, L., Zhang, Z., Yang, Y. and Wang, T., 2021. Effects of heat-treatment temperature and holding time on the microstructure and mechanical properties of lithium disilicate glass-ceramics. Journal of Non-Crystalline Solids, 553, 120502.
  • Ye, J., Wen, C., Wu, J., Wen, N., Sa, B., and Zhang, T., 2019. Mechanical and bioactive properties of lithium disilicate glass-ceramic mixtures synthesized by two different methods. Journal of Non-Crystalline Solids, 509, 1-9.
  • Zhao, T., Qin, Y., Zhang, P., Wang, B., and Yang, J. F., 2014. High-performance, reaction sintered lithium disilicate glass–ceramics. Ceramics International, 40(8), 12449-12457.
  • Zhao, T., Li, A. J., Qin, Y., Zhu, J. F., Kong, X. G., and Yang, J. F., 2019. Influence of SiO2 contents on the microstructure and mechanical properties of lithium disilicate glass-ceramics by reaction sintering. Journal of Non-Crystalline Solids, 512, 148-154.
  • Zheng, F., Li, M., Wang, J., Xi, C., Fu, J., Zhen, Q. and Liu, J. L., 2021. Effective utilization of extracted titanium tailing to prepare high performance glass-ceramic and their formation mechanism. Ceramics International, 47(12), 17391-17399.
  • Zheng, X., Wen, G., Song, L., and Huang, X. X., 2008. Effects of P2O5 and heat treatment on crystallization and microstructure in lithium disilicate glass ceramics. Acta Materialia, 56(3), 549-558.

Effect of Heat-treatment Parameters on Crystallization Behavior and Properties of Lithium Disilicate-Wollastonite Glass-Ceramics

Year 2023, Volume: 23 Issue: 6, 1507 - 1515, 28.12.2023
https://doi.org/10.35414/akufemubid.1281106

Abstract

The main purpose of this study is to evaluate the effect of heat-treatment parameters on the crystallization behavior, microstructure, physical and mechanical properties of lithium disilicate- wollastonite glass-ceramics obtained by melting method from the Li2O-SiO2-CaO-K2O-Al2O3-P2O5 system. The phase content and microstructure of the glass-ceramic samples were characterized by an X-ray diffractometer (XRD), scanning electron microscope (SEM), and EDS analysis. The bulk densities of samples were determined via the Archimedes principle, while mechanical properties were measured using a Vickers microhardness tester. XRD analyses showed that lithium disilicate (Li2Si2O5) and wollastonite (CaSiO3) were the main crystalline phases developed in the glass structure after heat treatment at 850°C for 5 hours. SEM analyses also revealed that the microstructure of glass-ceramics consisted of lamellar wollastonite crystals and rod-like lithium disilicate crystals that tended to grow from the surface to the bulk, and the crystallite size increased with increasing heat-treatment temperature and times. Increasing the heat treatment temperatures and durations also resulted in the improvement of crystallinity and optimum mechanical properties and density values were obtained in the heat treatment parameter performed at 800°C for 5 hours.

References

  • Abo-Mosallam, H. A., and Mahdy, E. A., 2019. Crystallization behavior and properties of fluorcanasite–lithium disilicate glasses for potential use in dental application. Ceramics International, 45(17), 21144-21149.
  • Daguano, J. K., Milesi, M. T., Rodas, A. C., Weber, A. F., Sarkis, J. E., Hortellani, M. A. and Zanotto, E. D., 2019. In vitro biocompatibility of new bioactive lithia-silica glass-ceramics. Materials Science and Engineering: C, 94, 117-125.
  • El-Meliegy, E. and Van Noort, R., 2012. Glasses and glass ceramics for medical applications. Springer science and business media, 167-218.
  • Hossain, S. S., Yadav, S., Majumdar, S., Krishnamurthy, S., Pyare, R., and Roy, P. K., 2020. A comparative study of physico-mechanical, bioactivity and hemolysis properties of pseudo-wollastonite and wollastonite glass-ceramic synthesized from solid wastes. Ceramics International, 46(1), 833-843.
  • Höland, W., Apel, E., van‘t Hoen, C., and Rheinberger, V., 2006. Studies of crystal phase formations in high-strength lithium disilicate glass–ceramics. Journal of Non-Crystalline Solids, 352(38-39), 4041-4050.
  • Kraipok, A., Mamanee, T., Ruangsuriya, J., and Leenakul, W., 2021. Investigation of phase formation and mechanical properties of lithium disilicate glass-ceramic doped CeO2. Journal of Non-Crystalline Solids, 561, 120772.
  • Li, D., Li, X. C., Meng, M., Wei, R., He, L., and Zhang, S. F., 2018. Strengthening of a lithium disilicate glass-ceramic by rapid cooling. Ceramics International, 44(10), 11650-11657.
  • Monteiro, R. H., Alves, M. F. R. P., Strecker, K., dos Santos, C., and Elias, C. N., 2022. Effect of preheating and isothermal holding time on the crystallization, densification and properties of a sintered lithium silicate glass-ceramic. Ceramics International, 48(4), 5590-5600.
  • Sun, Y., Ma, L., Cui, J., Feng, L., Zhang, Z., Yang, Y. and Wang, T., 2021. Effects of heat-treatment temperature and holding time on the microstructure and mechanical properties of lithium disilicate glass-ceramics. Journal of Non-Crystalline Solids, 553, 120502.
  • Ye, J., Wen, C., Wu, J., Wen, N., Sa, B., and Zhang, T., 2019. Mechanical and bioactive properties of lithium disilicate glass-ceramic mixtures synthesized by two different methods. Journal of Non-Crystalline Solids, 509, 1-9.
  • Zhao, T., Qin, Y., Zhang, P., Wang, B., and Yang, J. F., 2014. High-performance, reaction sintered lithium disilicate glass–ceramics. Ceramics International, 40(8), 12449-12457.
  • Zhao, T., Li, A. J., Qin, Y., Zhu, J. F., Kong, X. G., and Yang, J. F., 2019. Influence of SiO2 contents on the microstructure and mechanical properties of lithium disilicate glass-ceramics by reaction sintering. Journal of Non-Crystalline Solids, 512, 148-154.
  • Zheng, F., Li, M., Wang, J., Xi, C., Fu, J., Zhen, Q. and Liu, J. L., 2021. Effective utilization of extracted titanium tailing to prepare high performance glass-ceramic and their formation mechanism. Ceramics International, 47(12), 17391-17399.
  • Zheng, X., Wen, G., Song, L., and Huang, X. X., 2008. Effects of P2O5 and heat treatment on crystallization and microstructure in lithium disilicate glass ceramics. Acta Materialia, 56(3), 549-558.
There are 14 citations in total.

Details

Primary Language Turkish
Subjects Biomaterial , Material Characterization, Ceramics in Materials Engineering
Journal Section Articles
Authors

Berk Hasırcı 0000-0001-7694-8664

Bahadır Aydın 0000-0003-3414-4224

Hüseyin Özkan Toplan 0000-0002-3928-2733

Nil Toplan 0000-0003-4130-0002

Early Pub Date December 22, 2023
Publication Date December 28, 2023
Submission Date April 11, 2023
Published in Issue Year 2023 Volume: 23 Issue: 6

Cite

APA Hasırcı, B., Aydın, B., Toplan, H. Ö., Toplan, N. (2023). Isıl İşlem Parametrelerinin Lityum Disilikat-Wollastonit Esaslı Cam-Seramiklerin Kristallenme Davranışı ve Özellikleri Üzerine Olan Etkisinin İncelenmesi. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 23(6), 1507-1515. https://doi.org/10.35414/akufemubid.1281106
AMA Hasırcı B, Aydın B, Toplan HÖ, Toplan N. Isıl İşlem Parametrelerinin Lityum Disilikat-Wollastonit Esaslı Cam-Seramiklerin Kristallenme Davranışı ve Özellikleri Üzerine Olan Etkisinin İncelenmesi. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi. December 2023;23(6):1507-1515. doi:10.35414/akufemubid.1281106
Chicago Hasırcı, Berk, Bahadır Aydın, Hüseyin Özkan Toplan, and Nil Toplan. “Isıl İşlem Parametrelerinin Lityum Disilikat-Wollastonit Esaslı Cam-Seramiklerin Kristallenme Davranışı Ve Özellikleri Üzerine Olan Etkisinin İncelenmesi”. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi 23, no. 6 (December 2023): 1507-15. https://doi.org/10.35414/akufemubid.1281106.
EndNote Hasırcı B, Aydın B, Toplan HÖ, Toplan N (December 1, 2023) Isıl İşlem Parametrelerinin Lityum Disilikat-Wollastonit Esaslı Cam-Seramiklerin Kristallenme Davranışı ve Özellikleri Üzerine Olan Etkisinin İncelenmesi. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi 23 6 1507–1515.
IEEE B. Hasırcı, B. Aydın, H. Ö. Toplan, and N. Toplan, “Isıl İşlem Parametrelerinin Lityum Disilikat-Wollastonit Esaslı Cam-Seramiklerin Kristallenme Davranışı ve Özellikleri Üzerine Olan Etkisinin İncelenmesi”, Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, vol. 23, no. 6, pp. 1507–1515, 2023, doi: 10.35414/akufemubid.1281106.
ISNAD Hasırcı, Berk et al. “Isıl İşlem Parametrelerinin Lityum Disilikat-Wollastonit Esaslı Cam-Seramiklerin Kristallenme Davranışı Ve Özellikleri Üzerine Olan Etkisinin İncelenmesi”. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi 23/6 (December 2023), 1507-1515. https://doi.org/10.35414/akufemubid.1281106.
JAMA Hasırcı B, Aydın B, Toplan HÖ, Toplan N. Isıl İşlem Parametrelerinin Lityum Disilikat-Wollastonit Esaslı Cam-Seramiklerin Kristallenme Davranışı ve Özellikleri Üzerine Olan Etkisinin İncelenmesi. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2023;23:1507–1515.
MLA Hasırcı, Berk et al. “Isıl İşlem Parametrelerinin Lityum Disilikat-Wollastonit Esaslı Cam-Seramiklerin Kristallenme Davranışı Ve Özellikleri Üzerine Olan Etkisinin İncelenmesi”. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, vol. 23, no. 6, 2023, pp. 1507-15, doi:10.35414/akufemubid.1281106.
Vancouver Hasırcı B, Aydın B, Toplan HÖ, Toplan N. Isıl İşlem Parametrelerinin Lityum Disilikat-Wollastonit Esaslı Cam-Seramiklerin Kristallenme Davranışı ve Özellikleri Üzerine Olan Etkisinin İncelenmesi. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2023;23(6):1507-15.