OTIMIZAÇÃO E PREPARAÇÃO DE UM VIDRO OXIFLUORETO PARA MATRIZES VITROCERÂMICAS UTILIZANDO PLANEJAMENTO QUIMIOMÉTRICO DE MODELAGEM DE MISTURAS

Flávia Christiâne Guinhos (PG), Patrícia Coimbra Nóbrega (IC)

e Petrus d'Amorim Santa-Cruz (PQ).

Laboratório de Vidros e Cerâmicas -Departamento de Química Fundamental

Universidade Federal de Pernambuco - Recife-PE

E-MAIL: PETRUS@NPD.UFPE.BR

Palavras-chave: Quimiometria, vitrocerâmica transparente, conversão IV®UV.

Introdução

Vitrocerâmicas transparentes constituem uma opção interessante para o desenvolvimento de dispositivos luminescentes, podendo-se aliar as facilidades de preparação e dopagem dos vidros e as qualidades espectroscópicas dos cristais¹.

O estudo da estabilidade relativa do vidro é de fundamental importância para se obter um material capaz de hospedar íons terras-raras sem a ocorrência de cristalização espontânea. A desvitrificação controlada de uma matriz de oxifluoreto de chumbo-germânio-alumínio advém do fato de que esta matriz tem características importantes para processos de conversão IV ®UV estudados pelo grupo^2,3,4.

Objetivos

Este trabalho consiste na preparação e otimização de uma matriz oxifluoreto PbF₂-GeO₂-Al₂O₃^2,3,4, através da estimativa do parâmetro de estabilidade relativa associado à desvitrificação espontânea, utilizando o planejamento quimiométrico de modelagem de misturas ternárias de pseudocomponentes⁵, variando-se as concentrações de seus componentes seguindo restrições pré-estabelecidas, e propor um modelo quimiométrico para representar a resposta em termos do parâmetro de estabilidade relativa de Saad e Poulain(S).

Métodos

Para o estudo da estabilidade relativa da matriz, efetuou-se um planejamento experimental a partir das restrições: 1,5<[PbF₂ / GeO₂]<2,0 mol% e 0 £ Al₂O₃ £ 5 mol%, delimitada pelo hexágono mostrado na fig1. As amostras foram preparadas em ordem aleatória, segundo processo descrito anteriormente^3,4. Os vidros produzidos são pulverizados (325 mesh) e submetidos a análise térmica (DSC) em panelinhas de alumínio hermeticamente fechadas, sob fluxo contínuo de N₂ e taxa de aquecimento de 5°C/min, entre30 e 600°C. As temperaturas características, Tg, Tx e Tc, foram obtidas para o cálculo do parâmetro de Saad e Poulain.

Figura 1.Triângulo das concentrações percentuais dos componentes

Resultados

A partir das medidas do parâmetro S=(Tc-Tx)(Tx-Tg)/Tg, e analisando o diagrama de concentrações (fig.1), os resultados indicam que as amostras cuja relação 2,0 ³ (PbF₂/GeO₂.) ³1,7 e 0,02 ³ Al₂O₃ ³ 0,05 mol% possuem uma maior estabilidade quando comparadas com as outras composições. Este fato nos leva a observar que entre a região central do hexágono e a região à esquerda, encontra-se uma maior tendência à estabilidade (maiores valores de PbF2 e menores valores de GeO2). As amostras 03, 10, 11 e 12 cristalizaram espontaneamente durante a preparação, sendo assim excluídas na determinação dos valores de S.

Embora constatado experimentalmente o papel estabilizador do Al₂O₃ na matriz para a obtenção do vidro², obtivemos aqui o binário PbF₂-GeO₂ transparente (amostra 7). Além disso, podemos confirmar o papel estabilizador do Al₂O₃, através do aumento do parâmetro de estabilidade, fazendo-se necessário, já que a dopagem com os íons opticamente ativos pode induzir à cristalização.

O ajuste do modelo quadrático foi o mais significativo para os nossos resultados preliminares, apesar do modelo ainda não estar completamente ajustado para descrever a estabilidade relativa dos vidros.

Conclusão:

O uso da ferramenta quimométrica constitui um método bastante útil e prático para avaliar o comportamento de uma variável num sistema vítreo multicomponente. A dificuldade de se obter um modelo quimiométrico associado à estabilidade S pode estar vinculada à complexidade de fatores que influenciam nos sistemas vítreos. Como perspectiva deve-se explorar com mais cuidado a região de melhores valores de S, aumentando o número de repetições, para podermos assegurar a viabilidade do modelo para este tipo de material.

1-Auzel, F., Lipinska-Kalita, K. E., Santa-Cruz, P., Optical Mat., 1996, 5, 75

2-Guinhos, F C; Nóbrega, P C e Santa-Cruz, P A, Reunião Anual da SBQ 1998

3-Guinhos, F C; Nóbrega, P C e Santa-Cruz, P A, Reunião Anual da SBQ 1997

4-Guinhos, F C, Nóbrega, P C da, Santa-Cruz, P A, Ninth Cimtec, Florença-Itália, Junho, 1998

5-Neto, B B, “ Planejamento e Otimização de Experimentos”, Editora da UNICAMP, São Paulo, 1995

[CNPq, CAPES, PADCT, FINEP]