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Alternating bending load behaviour of unidirectionally fibre-reinforced glasses
(Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1992) Klug, Thomas; Bornhöft, Hansjörg; Brückner, Rolf
Alternating bending load experiments are described and applied on SiC- and carbon-fibre-reinforced alkaline earth borosilicate glass samples. The mechanical properties (strength, bendover stress, Young's modulus) were determined by the three point bending method after 1000 strain-controlled alternations of load and compared with those of non-pretreated samples. It could be shown that all composites can be treated by an alternating bending load up to their elastic proportionahty limit (bendover stress) without failure or without any loss of their mechanical properties. Alternating bending loads above the bendover stress lead to a rapid fatigue of the SiC-fibre-reinforced glass composites while the carbon-fibre-reinforced composites show a great toleration of damage under the applied experimental conditions. In the case of the carbon-fibre-reinforced glass the homogeneity of the fibre distribution is of special importance for high bendover stresses and strengths during cyclic bending load experiments.
Anisotropic optical properties and flow behaviour of mechanically deformed single-phase glass melts
(Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1994) Brückner, Rolf; Habeck, Andreas
Starting from the stress-optical coefficient around and above Tg, the following effects are regarded in order to give a comprehensive picture of the structural response of various glass melts under flow conditions at various temperatures: anisotropy o f glass fibres, the flow birefringence and Maxwell constant of the melt directly and/or indirectly via frozen-in anisotropics by cooling the melt thermally stress-free under mechanical load. Some of the applied various rheological methods allow to study the Newtonian and non-Newtonian viscosity additionally to the birefringence. Four very different glass melts are investigated under these aspects: a potassium-calciumsilicate glass, a float glass, an alkali metasilicate glass and an alkali metaphosphate glass. The results show that there are significant differences in the specific birefringence and in the deviation from Newtonian flow behaviour depending on the special flow units of the glass types. The structure of these anisotropic glasses and melts extends from frozen-in deformations of the network to orientations of chain-like flow units depending on chemical composition, temperature, mechanical stress and deformation rate. Particularly, a close connection between the onset of the non-Newtonian flow behaviour and the alteration o f the specific birefringence was found at certain critical stresses.
Anisotropie glasses and glass melts - a survey
(Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1996) Brückner, Rolf
A general introduction describes intentional and unintentional anisotropic phenomena resulting from chemical and thermal inhomogeneities (internal stresses) as well as anisotropies induced by external elastic stresses and strains in homogeneous glasses for special opdcal purposes. Further the paper will point out the possibilities and various phenomena of producing defmed anisotropies by means of flow stresses and strain rates in glass mehs which may be frozen-in by cooling under load. It will be distinguished between Single - and double-phase glass melts and glasses which show very different kinds and effects of anisotropies. In particular, optical anisotropies (birefringence, specific birefringence) and structural-mechanical anisotropies (densities, shrinkages and expansions during annealing) of single-phase glasses and glass melts will be investigated under defined flow condidons (in-situ measurements directly in glass melts by the classical flow birefringence) and geometries (e.g. cylindric bulk glass samples, glass fibres, glass rods). In double-phase glass Systems the following anisotropic properties will be treated: the form birefringence and the distribution birefringence of decomposed glasses, the orientation of melts with suspended anisometric crystals and birefringence effects of chemically leached microporous glasses. Finally, a new phenomenon will be reported where the frozen-in birefringence of a glass shows an other sign after deformation above Tg than the stress optical constant of the same glass at room temperature before this treatment above Tg.
Beeinflussung des Manganoxidgleichgewichtes durch Chromoxid in Silicat - und Boratgläsern
(Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1980) Brückner, Rolf; Demharter, Gottfried; Lee, Jeong Hoon
Durch die Zugabe von Chromoxid kann die typische Manganfärbung in Oxidgläsern um etwa das Vierfache intensiviert werden, wenn die Gläser unter sauerstoffhaltiger Atmosphäre (Luft, O₂) erschmolzen werden. Eine Chromoxidmenge von etwa nur 1/10 der Manganoxidmenge reicht hierfür aus. Durch chemische und spektralfotometrische Analysen werden die Anteile der verschiedenen Valenzen (Mn²⁺, Mn³⁺, Cr³⁺, Cr⁶⁺) quantitativ ermittelt und die Redoxgleichgewichtsverschiebung elektrochemisch formuliert. Die Verwendung von reinem Stickstoff als Schmelzatmosphäre führt zu einem Zustand, in dem nur noch Cr³⁺ und Mn²⁺ in den Gläsern gemeinsam vorliegen. Influence of chrome oxide on the manganese equilibrium in silicate and borate glasses The typical colour due to manganese in oxide glasses can be made about four times more intense by the addition of chrome oxide if the glasses are melted under oxygen-rich atmospheres (air or oxygen). Adding about 1/10 as much chromium oxide as manganese oxide is sufficient to achieve this. Chemical and spectrophotometric analysis was used to determine the proportions present in the different valence states (Mn²⁺, Mn³⁺, Cr³⁺, and Cr⁶⁺) and the shift in the redox equilibrium formulated electro-chemically. Use of pure nitrogen as the melting atmosphere led to conditions in which only Cr³⁺ and Mn²⁺ remained in the glass. Influence de l'oxyde de chrome dans les verres de silicate et de borate sur l'équilibre de l'oxyde de manganèse L'addition d'oxyde de chrome permet d'obtenir une coloration due à l'oxyde de manganèse quatre fois plus intense à condition d'effectuer la fusion des verres dans une atmosphère contenant de l'oxygène (air, O₂). La quantité d'oxyde de chrome nécessaire se situe à 1/10 de la quantité d'oxyde de manganèse. On procède à une détermination quantitative des proportions des différentes valences (Mn²⁺, Mn³⁺, Cr³⁺, Cr⁶⁺) par analyse chimique et spectrophotométrique et on donne une formulation électrochimique du déplacement de l'équilibre d'oxydo-réduction. L'utilisation d'azote pur comme atmosphère de fusion aboutit à un état où uniquement Cr³⁺ et Mn²⁺ sont présents simultanément dans les verres.
Bestimmung der Korrosionsrate feuerfester Baustoffe durch Glasschmelzen bei freier laminarer Dichte- und Grenzflächenkonvektion unter besonderer Berücksichtigung von Gefügeeinflüssen
(Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1985) Dunkl, Michael; Brückner, Rolf
Frühere Untersuchungen über die Korrosionsgeschwindigkeit unter der Wirkung der Dichtekonvektion werden um Ergebnisse an einem schmelzgegossenen Korundstein (SKS) mit unterschiedlichem Gefüge und an einem isostatisch gepreißten Korundstein in einer Hohlglasschmelze bei 1500 °C erweitert und die Darstellung der örtlichen Korrosionsrate als Funktion der Lautlänge y auf ∞ (y^-1/4 auf 0) extrapoliert. Abweichungen von dieser Darstellungsweise sind auf den Einfluß des Gefüges zurückzuführen und werden diskutiert. Der Einfluß des Gefüges auf die Korrosion unter der Wirkung der Grenzflächenkonvektion wird ebenfalls untersucht und diskudert, wobei der A-/β-Al2Ο3-Anteil, Korngrößen, Poren, Blasenfreisetzung und ihre Wirkung, Schmelzphasenanteil in den jeweiligen feuerfesten Materialien von Bedeutung sind. Am Beispiel der Korrosion eines schmelzgegossenen Korund-Zirkonoxidsteines mit 33 % ZrO2 (ZAC 33) werden Anlaufeffekte, die zu einer anfänglich reduzierten Korrosion führen, näher untersucht und diskutiert.
Bestimmung der Korrosionsrate von feuerfestem Material durch Glasschmelzen bei erzwungener Konvektion
(Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1978) Gorris, Reiner; Brückner, Rolf; Dunkl, Manfred
Die Methode der rotierenden Scheibe wird in modifizierter Weise zur Ermittlung der Korrosion feuerfester Stoffe durch Glasschmelzen angewandt, um einen tieferen Einblick und quantitative Daten über den Einfluß der erzwungenen Konvektion zu erhalten. Es wurde ein Untersuchungsverfahren entwickelt, das gegenüber den bisher verwendeten Testverfahren für hochviskose industrielle Glasschmelzen die folgenden Vorteile besitzt: Vorliegen definierter und zugleich mathematisch beschreibbarer Konzentrations- und Strömungsverhältnisse; relativ geringe Strömungsgrenzschicht- und Diffusionsschichtdicken; Erfassung einer Vielzahl von Meßwerten innerhalb vergleichbar kurzer Zeit mit einer bisher noch nicht erreichten Meßgenauigkeit und Reproduzierbarkeit; die Ergebnisse lassen sich auf andere Konvektionseinflüsse (z. B. Grenzflächenkonvektion) hinsichtlich der Korrosion übertragen. Am Beispiel zweier feuerfester Steine — eines Chromoxid-Korund- und eines schmelzgegossenen Korundsteines - wird das Verfahren demonstriert. Determination of the rate of corrosion of refractories by glass melts in forced convection The rotating disk method was used in a modified form to determine the corrosion of refractory materials by glass melts and to obtain better information on the influence of forced convection. A test method was developed which has the following advantages over the methods usually used for very viscous industrial glass melts: the existence of defined and mathematically describable concentration and flow distributions; relatively small flow and diffusion boundary layer thicknesses; the ability to obtain many sets of data of higher accuracy and reproducibility than previously within a relatively short time. The results may also be used in relation to other influences on the corrosion (such as surface tension driven convection). Two examples, a chrome-alumina and a fusion cast alumina refractory, are used to illustrate use of the technique. Détermination du taux de corrosion de matériaux refractaires par les fontes de verre dans un régime de convection forcée On applique une version modifiée de la méthode du disque tournant permettant de déterminer la corrosion des matériaux réfractaires par les fontes de verre et d'obtenir des données quantitatives permettant de se faire une idée plus précise de l'influence de la convection forcée. On a mis au point un procédé d'investigation qui présente les avantages suivants par rapport aux procédés de contrôle classiques de fontes de verre industrielles: obtention de données précises sur les concentrations et les courants qu'il est possible de décrire à l'aide de modèles mathématiques; épaisseur relativement faible des couches limites des courants et des couches de diffusion; enregistrement d'un grand nombre de valeurs mesurées dans un laps de temps comparable avec une précision et une reproductibilité jamais atteintes. Les résultats peuvent être transposés à d'autres influences de la convection sur la corrosion (convection à la couche limite, par exemple). L'exemple de deux réfractaires (oxyde de chrome-corindon, corindon électrofondu) permet d'illustrer ce procédé.
Bestimmung der Korrosionsrate von feuerfesten Baustoffen durch Glasschmelzen bei freier laminarer Dichte - und Grenzflächenkonvektion
(Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1980) Dunkl, Michael; Brückner, Rolf
Die Korrosionsversuche wurden entsprechend den Bedingungen in der Praxis an senkrecht angeordneten Plättchen bei Temperaturen von 1400 und 1500 °C durchgeführt. Die Ergebnisse bestätigen die theoretisch zugrunde gelegten Beziehungen. Das Korrosionsverhalten verschiedener feuerfester Steinsorten in einer Hohlglasschmelze wird quantitativ erfaßt und die Ergebnisse miteinander verglichen. Zur exakten Auswertung und beim quantitativen Vergleich der unterschiedlichen feuerfesten Steinsorten muß der zu Beginn der Korrosion auftretende verfälschende Einfluß gewisser „Anlaufvorgänge" berücksichtigt werden. Diese Anlaufeffekte bestehen darin, daß sie eine erhöhte oder verringerte Korrosionsrate gegenüber der Korrosionsrate im Dauerbetrieb bzw. nach hinreichend langer Korrosionszeit aufweisen. Die Ursachen dieser Anlaufvorgänge liegen einerseits darin, daß die Glasschmelze von außen in einen feuerfesten Stein eindringt (erhöhte Anfangskorrosionsrate), andererseits darin, daß die Schmelzphase eines feuerfesten Steines austritt und korrosionshemmend gegenüber der von außen angreifenden Glasschmelze wirkt (verringerte Anfangskorrosionsrate). Ein weiterer Einfluß des Gefüges von feuerfesten Steinen bei der Korrosion durch Glasschmelzen wird aufgezeigt. Determination of corrosion rates of refractory materials by glass melts in free laminar density and surface tension driven convection Corrosion tests were made with vertical plates at 1400 and 1500 °C under conditions corresponding to those found in practice. The results confirmed the theoretically based relationships. The corrosion behaviour of various kinds of refractory in a container glass melt was established quantitatively and the results were compared with each other. For exact evaluation and quantitative comparison of different refractories an initial misleading transient process must be taken into account. This initial transient effect may give either an increased or a reduced rate of corrosion compared with that obtained under steady state conditions or experiments continued for a sufficient time. The initial transient effect may be involved by the penetration of the glass melt into the refractory (accelerated corrosion) or exudation of the liquid phase of the refractory which forms a protective layer against the attack by the more aggressive melt (reduced corrosion). Another effect of the texture of the refractory on corrosion by glass melts is also demonstrated. Détermination de la vitesse de corrosion des matériaux réfractaires par les fontes de verre par convection laminaire libre due à des gradients de densité et à l'interface Les essais de corrosion ont été effectués entre 1400 et 1500 °C sur des plaquettes disposées verticalement simulant les conditions réelles d'emploi. Les résultats confirment les calculs théoriques. Le comportement vis-à-vis de la corrosion de différentes sortes de briques réfractaires dans une fonte de verre creux a pu être caractérisé quantitativement et les résultats ont été comparés. Pour évaluer de façon exacte et pour pouvoir comparer quantitativement les differentes sortes de briques réfractaires, il faut tenir compte de l'influence trompeuse de certains processus initiaux de l'attaque. Ces effects initiaux se traduisent par un accroissement ou une diminution de la vitesse de la corrosion par rapport à celle observée au cours du temps ou pour une durée suffisamment longue. Les causes en sont d'une part la pénétration des réfractaires par la fonte, ce qui élève la vitesse au début de la corrosion et, d'autre part, l'exsudation de la phase vitreuse du réfractaire qui protège ce dernier de l'attaque par la fonte, ce qui diminue la vitesse au début de la corrosion. En outre, une influence de la texture des réfractaires sur la corrosion par les fontes est montrée.
Biegefestigkeit von Kalk-Natron- und Borosilicatglas von Raumtemperatur bis zur Littleton-Temperatur
(Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1983) Manns, Peter; Brückner, Rolf
Die Biegefestigkeit von Probekörpern aus Float- und Borosilicatglas wurde nach dem Doppelring-Verfahren als Funktion der Temperatur und der Belastungsgeschwindigkeit untersucht. Dabei wurden kreisförmige Glasscheiben von 50 mm Durchmesser mit unterschiedlicher Oberflächenqualität verwendet: feuerpoliert, geschmirgelt und nach dem Schmirgeln thermisch nachbehandelt. Von Raumtemperatur bis zur unteren Entspannungstemperatur ist die Biegefestigkeit bei verschiedenen Belastungsgeschwindigkeiten nahezu temperaturunabhängig. Bei höheren Temperaturen gewinnt der Einfluß der angewendeten Belastungsgeschwindigkeit auf die meßbare Festigkeit zunehmend an Bedeutung. Als notwendige Bedingung für sprödes Bruchverhalten bei kleinen Durchbiegungen läßt sich im Temperaturbereich oberhalb Tg eine stark temperaturabhängige „kritische Verformungsgeschwindigkeit" angeben, die eine Grenze zwischen plastisch-viskosem und spröd-elastischem Verhalten des Glases unter Biegebelastung darstellt. Bei Verformungsgeschwindigkeiten höher als die „kritische Geschwindigkeit" steigt die Festigkeit oberhalb der unteren Entspannungstemperatur steil um über 100 % an und sinkt oberhalb von Tg wieder flach ab. Die Höhe der maximalen Festigkeit nimmt mit steigender Verformungsgeschwindigkeit zu, und das Maximum verschiebt sich zu höheren Temperaturen. Der steile Anstieg der Biegefestigkeit im Transformationsbereich wird mit einer teilweisen Ausheilung von Oberflächenschädigungen durch Feuerpolitur gedeutet. Der anschließende Abfall der Festigkeit oberhalb Tg wird mit Kavitationsbildungen in der unterkühlten Glasschmelze unter Zugspannungen interpretiert. Bending strength of soda-lime and borosilicate glass from room temperature to Littleton temperature The bending strength of a float glass and a borosilicate glass was tested by the coaxial ring method as a function of temperature and stress rate viz. deformation rate. Circular plates of 50 mm diameter were used with different surface conditions: as received (heat polished), abraded and heat treated after abrasion. The flexure strength, measured from room temperature up to the lower strain point of the glasses, is independent of temperature within experimental error for all stress rates applied. At higher temperatures the influence of different stress rates becomes more marked. At temperatures above Tg a strong temperature dependent „critical deformation rate" can be determined as a necessary condition for brittle fracture at small bending deflections. This „critical deformation rate" may be taken as a limiting condition between plastic-viscous and brittle-elastic behaviour of the supercooled glass melt. At deformation rates higher than the „critical rate" the bending strength rises steeply by more than 100 % with increasing temperature above the lower strain point and decreases again gently above Tg. The value of the maximum strength near Tg rises markedly with increasing deformation rate and the temperature of the strength peak is shifted to higher temperatures. The steep ascent in bending strength within the transformation region is explained by partial healing of surface flaws due to viscous flow. The following decrease of strength above Tg is attributed to cavitation effects in the supercooled glass melt subjected to tensile stress. Résistance à la flexion du verre à base de silicate sodocalcique et de borosilicate de la température ambiante jusqu'à la température de Littleton La résistance à la flexion d'éprouvettes de verre flotté et borosilicaté est étudiée d'après la méthode d'anneaux concentriques en fonction de la température et de la vitesse de sollicitation. On utilise à cet effet des disques de verre de 50 mm de diamètre ayant différentes qualités de surface: polie au feu, polie à l'émeri et traitée thermiquement après le polissage à l'émeri. La résistance à la flexion, mesurée entre la température ambiante et la température inférieure de recuit, ne dépend presque pas, pour différentes vitesses de sollicitation, de la température. A des températures plus élevées, l'influence de la vitesse de sollicitation employée sur la résistance mesurable, gagne de plus en plus en importance. Comme condition indispensable du comportement à la rupture fragile lors de légers fléchissements au-dessus de Tg, on allègue une „vitesse de déformation critique" fortement dépendante de la température. Cette vitesse représente une limite entre le comportement visqueux-plastique et cassant-élastique du verre soumis à la flexion. Pour des vitesses de déformation plus élevées que la „vitesse critique", la résistance monte en flèche au-dessus de la température inférieure de recuit de plus de 100 % et diminue à nouveau au-dessus de Tg très lentement. La hauteur de la résistance maximale augmente avec la vitesse de déformation et le pic se déplace vers des températures plus élevées. La brusque montée de la résistance à la flexion dans le domaine de transformation s'explique par une guérison partielle des dommages superficiels par le poli au feu. La chute de la résistance mécanique qui s'ensuit au-dessus de Tg est interprétée par la formation de cavitations dans le verre surfondu sous contrainte.
Characterization and structural aspects of fluorophosphate glasses
(Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1985) Sammet, Manfred; Brückner, Rolf
Nine homologous series of fluorine phosphate and one series of pure phosphate glasses of laser glass types have been prepared and characterized by determining the linear and non-linear refractive values and dispersion, the glass transition temperature Tg, thermal expansion (TE), density ϱ, and anion mole volumina (MV). The results are discussed with respect to structural aspects. Apart from principal differences in the absolute properties and structure, an analogous behaviour is found for the cations in the fluorine phosphate glasses compared with pure phosphate glasses. The specific structural influence of the cations (Na+, Mg2+, Ba2+, Al3+, P5+, V5+) is generally larger than that of the fluoride ions at ratios F/O from 0,9 to 1,8, indicating that fluorine has not only network modifying but also remarkable network forming qualities.
Charakteristische physikalische Eigenschaften der oxydischen Hauptglasbildner und ihre Beziehung zur Struktur der Gläser Teil I. Schmelz- und Viskositätsverhalten der Hauptglasbildner
(Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1964) Brückner, Rolf
Das Schmelzverhalten der reinen glasbildenden Oxyde wird im Hinblick auf möglichst saubere Präparationsbedingungen näher untersucht. Folgende Störeinflüsse sind dabei zu berücksichtigen bzw. zu umgehen: Wassergehalt, thermische Zersetzung, chemische Reaktionen und Kristallisation. Für B2O3 wird der Einfluß des Wassergehaltes auf die Viskosität quantitativ verfolgt. Bei GeO2 und SiO2 dominieren andere Störeinflüsse, die weitgehend vermieden werden, so daß der nach dem heutigen Stand wahrscheinlichste Viskositäts-Temperatur-Verlauf der drei Hauptglasbildner angegeben werden kann. Aus den Ergebnissen lassen sich Rückschlüsse auf die Struktur dieser Glasbildner ziehen.
Charakteristische physikalische Eigenschaften der oxydischen Hauptglasbildner und ihre Beziehung zur Struktur der Gläser Teil II: Mechanische und optische Eigenschaften als Funktion der thermischen Vorgeschichte
(Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1964) Brückner, Rolf
Es werden Dichte, thermische Ausdehnung und Lichtbrechung der Hauptglasbildner B2O3, GeO2 und SiO2 in Abhängigkeit von der thermischen Vorbehandlung und im Hinblick auf Ähnlichkeiten zu den kristallinen Phasen untersucht. Im Fall des B2O3 wird zusätzlich der Einfluß des Hydroxylgehaltes (bis etwa 0,5 Gew.-% H2O) quantitativ erfaßt und eine Extrapolation der Eigenschaftswerte auf das wasserfreie, reine B2O3-Glas durchgeführt. Während das Verhalten der B2O3- und GeO2-Glaser mit verschiedener Wärmevorgeschichte qualitativ ähnlich dem Verhalten der Mischgläser ist, weicht das Kieselglas hiervon in charakteristischer Weise ab. Wegen der besonderen thermischen und strukturellen Eigenschaften des Kieselglases und seiner Schmelze kann die Wärmevorbehandlung bis zu extremen Bedingungen gesteigert werden, die sowohl zum strukturellen Gleichgewicht und damit zu definierten Eigenschaften, als auch zu anomalen isothermen Volumenkontraktionen im glasigen Bereich führen. Es bestehen bestimmte Gesetzmäßigkeiten zwischen der stabilen und metastabilen Gleichgewichtskurve (1100 bis 2000 °C), die bei 1550 °C ein Minimum besitzt, und dem Ausdehnungsverhalten (- 180 bis 1000 °C) sowie den im glasigen Bereich (≈ 250 °C) auftretenden isothermen Volumenrelaxationen und der Lage des Tieftemperaturminimums der thermischen Ausdehnung (bei etwa - 80 °C). Die Volumenrelaxationen und ihr Zusammenhang mit der metastabilen Gleichgewichtskurve und dem Ausdehnungsverhalten des Kieselglases werden eingehend untersucht.
Charakteristische physikalische Eigenschaften der oxydischen Hauptglasbildner und ihre Beziehung zur Struktur der Gläser Teil III: Mechanische und optische Eigenschaften als Funktion der thermischen und mechanischen Vorgeschichte
(Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1964) Brückner, Rolf
Die im Teil II dieser Serie mitgeteilten Messungen der Eigenschaftswerte in Abhängigkeit von der thermischen Vorgeschichte werden sowohl auf sieben weitere Kieselglassorten als auch auf andere physikalische Eigenschaften, wie mechanische Schwingungsdämpfung, Infrarot-Schwingungen und Röntgenbeugung, ausgedehnt. Es lassen sich im wesentlichen zwei Gruppen der insgesamt elf untersuchten Kieselgläser verschiedener Herkunft unterscheiden. Eine Gruppe mit hohem und eine mit niedrigem bzw. keinem Hydroxylgehalt. Es zeigt sich, daß von den vorhandenen, geringen chemischen Verunreinigungen vorwiegend der Hydroxylgehalt die Eigenschaftswerte deutlich beeinflußt. Eine mechanische Vorbehandlung erfolgt durch den Faserziehprozeß unter definierten Bedingungen. Die z. T. analogen Untersuchungen über die Eigenschaften der Kieselglasfasern ergeben charakteristische Unterschiede zu denen des kompakten Kieselglases und lassen auf eine relativ starke, mechanisch induzierte, strukturelle Anisotropie schließen.
Charakteristische physikalische Eigenschaften der oxydischen Hauptglasbildner und ihre Beziehung zur Struktur der Gläser Teil IV: Deutung und strukturelle Schlußfolgerungen
(Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1964) Brückner, Rolf
Aus den experimentellen Ergebnissen der vorangegangenen Teile lassen sich Aussagen über die Struktur der Gläser und über die Keimbildung ableiten. Hiernach entstehen in Gläsern durch Dichte- und heterophasige Schwankungen Mikrobereiche, die im Fall der Hauptglasbildner in Vorordnungs-, Nahordnungsbereiche und für Mehrkomponentengläser zusätzlich noch in Schwarmbereiche zu unterteilen sind. Die Vorordnungsbereiche haben bei Entstehungstemperaturen eine höhere Lebensdauer als die instabilen Vorkeime (Embryonen) und besitzen gewisse Ähnlichkeiten zu den stabilsten Modifikationen der entsprechenden Phasendiagramme. Mit den entwickelten Vorstellungen lassen sich zahlreiche physikalisch-chemische Eigenschaften der Gläser deuten.
Chemische Diffusion von Natrium - und Aluminiumionen in Natrium - Alumosilicatschmelzen
(Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1980) Hunold, Klaus; Brückner, Rolf
Mit Hilfe der Kapillarmethode wurden die Interdiffusionskoeffizienten von Glasschmelzen der Reihe (2,5 - x) Na₂O - x Al₂O₃ - 5 SiO₂ im Temperaturbereich 900 bis 1500 °C bestimmt. Die Konzentrationsprofile der Na⁺- und Al³⁺- lonen wurden mit Hilfe der Elektronenstrahlmikrosonde ermittelt. Nach der Methode der sich kreuzenden Diffusionswege wurden die vier sogenannten praktischen Diffusionskoeffizienten für die untersuchte Glasreihe berechnet. Die Ergebnisse über die Interdiffusionskoeffizienten werden unter Berücksichtigung der in [1] mitgeteilten Koordinationsverhältnisse der Al³⁺-Ionen und der starken Viskositätsabhängigkeit diskutiert. Hierdurch wird eine qualitative Aussage über die Abstände zwischen den Gleichgewichtslagen der wandernden Ionen erhalten, die in der Größenordnung 0,1 bis 3 nm liegen und in charakteristischer Weise von der Zusammensetzung abhängen (Minima beim Molverhältnis Al₂O₃/Na₂O ≈ 1,2, die mit steigender Temperatur stark abflachen). Chemical diffusion of sodium and aluminium ions in sodium aluminosilicate melts Interdiffusion coefficients were determined by the capillary method for melts in the glass series (2,5 - x) Na₂O - x Al₂O₃ - 5 SiO₂ between 900 and 1500 °C. Na⁺ and Al³⁺ concentration profiles were determined by electron micro-probe. The method of intersecting diffusion paths was used to obtain the four effective diffusion coefficients for the series of glasses investigated. These results are discussed in the light of previously published data [1] on the coordination of the Al³⁺ ion and the steep variation of viscosity. As a result it is shown that the distance between equilibrium sites for the diffusing ions must be of the order of 0,1 to 3 nm and depends in a characteristic way on the composition (minimum at a molar ratio of approximately Al₂O₃/Na₂O ≈ 1,2 and becoming much flatter as temperature rises). Diffusion chimique d'ions de sodium et d'aluminium dans les fontes d'aluminosilicates de sodium Par la méthode du tube capillaire, on a déterminé les coefficients d'interdiffusion de fontes du système (2,5 - x) Na₂O - x Al₂O₃ - 5 SiO₂ dans l'intervalle 900 à 1500 °C. On a détermine les profils de concentration des ions Na⁺ et Al³⁺ à l'aide de la microsonde électronique. A l'aide de la méthode des trajets de diffusion croisés, on a calculé les quatre coefficients „pratiques" de diffusion pour le système étudié. On discute des résultats concemant les coefficients d'interdiffusion en tenant compte des caractéristiques de coordination des ions Al³⁺[1] et de l'influence de la viscosité. Ceci permet de procéder à une évaluation qualitative sur les distances entre les positions d'équilibre des ions migrants qui se situent dans l'ordre de grandeur du 0,1 à 3 nm et qui sont fonction de la composition (minima pour le rapport molaire Al₂O₃/Na₂O ≈ 1,2, qui disparaissent quand la température augmente).
Corrosion of refractory material under the action of forced convection flow by means of the rotating cylinder face area at 1500 °C
(Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1987) Dunkl, Michael; Brückner, Rolf
The corrosion rates of various refractory materials in a container glass melt (sodium-calcium silicate basis) were determined quantitatively under the action of forced convection flow by means of the rotating cylinder face area at 1500 °C as compared with those at 1400 °C. The applied method not only gives a good comparison between the various types of bricks, but it also elucidates the influence of microstructure and of occasionally occuring crystalline or textural alterations during corrosion, which possibly can be detected only in experiments of extended duration. Present and earlier results on corrosion rates under the action of forced convection flow will be compared with those obtained from the same refractories under the action of free density and interfacial convection flows at 1400 and 1500 °C, which yield a very different dependence on temperature for the three convection flow types. The interfacial convection-driven corrosion shows the largest temperature dependence. Very critical are swelling effects, which sometimes can be observed only in separate long-time investigations.
Corrosion of refractory materials by a container glass melt under the influence of various convection flows Comparison between theory and experiment
(Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1989) Dunkl, Michael; Brückner, Rolf
Corrosion measurements on various refractory materials in a container glass melt under the action of three types of convection flow which were reported during the last few years will be discussed under fundamental aspects and a comparison between theory and experiment will be given. For that reason all relevant physical and chemical properties of the xystems refractories-glass melt are reported. This allows to calculate the most complex property in those systems: the effective diffusion coefficient, Deff. The main results are: first, Deff is independent of the type of the three convection flows (forced, density and interfacial convection flow) indicating good agreement between theory and experiment. Second, Deff depends on the type of refractory materials: those which contain barriers for diffusion and solubility (sieve-structure of baddeleyite or solid solution of chromia and alumina) show the lowest Deff values. Third, in addition to the temperature dependence the concentration dependence of viscosity has to be considered also. Fourth, the concentration profile of the melt within the meniscus in the case of interfacial convection flow plays a certain role and seems to be temperature-dependent.
Determination of the rheological properties of high-viscous glass melts by the cylinder compression method
(Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1994) Brückner, Rolf; Yue, Yuanzheng; Habeck, Andreas
A detailed description of the cylinder compression method and its application on the viscoelastic behaviour of glass melts is given with the help of closed solutions and equations in contrast to algorithmic methods, like e.g. the finite element method. Special attention is paid to the system deformation and system deformation rate of the testing equipment and to the dissipation of mechanical energy within the specimen and the heat flow from the specimen. The limits of this treatment are discussed with respect to the applicability of the theoretical basis (Gent and Nadai equation) and with respect to the experimental determination of the rheological properties of glass melts. On this basis the pure non-Newtonian viscosity, ηnN, can be determined. If very small differences have to be ascertained in the rheological behaviour of glass melts due to small differences in composition or in melting history (e.g. redox condition or bad/good workability), the same conditions concerning the mechanical and thermal equipment and even the same geometry of the glass specimens have to be strictly maintained. Comparison between different glass melts should be made rather on the basis of equal (Newtonian) equilibrium viscosity, η₀, (isochomal conditions) and not on equal temperature. Owing to large thermal effects, the slope of the viscosity-temperature curve at η₀ plays a certain role, particularly for the forming process.
Diffusionskinetische Entmischung und Kristallisation im System Li2O-BaO-SiO2
(Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1970) Nau, Dieter; Brückner, Rolf
Es werden quantitative Untersuchungen über metastabile flüssig-flüssig-Phasentrennungs- und Kristallisationsvorgänge in Gläsern des pseudobinären Systems (4/5 Li2O 1/5 BaO)-SiO2 mit Hilfe der Röntgenkleinwinkelstreuung (Kratky-Kamera) und der Röntgenbeugung durchgeführt. Die Entmischungskurve wird aus Opaleszenzbeobachtungen bestimmt und mit Berechnungen von Charles verglichen. Die Auswertung der Röntgenkleinwinkelstreukurven erfolgt nach der Methode der Gaussschen Annäherung. Aus den daraus erhaltenen Größenverteilungen der amorphen Tröpfchenphase und aus thermodynamischen Berechnungen ergeben sich für das Glas der Zusammensetzung (in Mol- %) : 20 Li2O, 5 BaO und 75 SiO2 als Beispiel für das diffusionsbestimmte Wachstum einer Phase in einer übersättigten Lösung Diffusionskoeffizienten von 10^-16 bis 10^-14 cm2/s im Temperaturbereich von 575 bis 650 °C mit einer Aktivierungsenergie von 71 kcal/mol. Bei Kristallisation der Matrix von der Oberfläche her, wobei Li- und Ba-Disilicate entstehen, ist der Entmischungsvorgang gehemmt und kommt schließlich zum Stillstand. Bei Temperaturen oberhalb der Entmischungskurve entsteht an Stelle der Disilicate Cristobalit. Die Kinetik der Transportvorgänge, die sich durch Überlagerung mehrerer Diffusionsströme ergibt, scheint vorwiegend durch die Sauerstoffdiffusion bestimmt zu sein.
Einfluss von Inhomogenitäten auf die Viskosität und Strömungshomogenisierung von Glasschmelzen
(Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1962) Brückner, Rolf
Die Abnahme der Schlierigkeit stark inhomogener Glasschmelzen durch eine Couette-Strömung und der Einfluss auf die Viskosität wird im Rotationsviskosimeter im Hinblick auf die Wirkung der Konvektionsströmung in einer Glaswanne quantitativ verfolgt. Es ergeben sich bei 1300 °C und bei einer Schergeschwindigkeit von 1,3 s⁻¹ realtiv lange Rührzeiten, bis die Schmelze einigermaßen homogen wird. Dabei nimmt die Viskosität im ersten Stadium der Homogenisierung mit der Zeit merklich ab, was auf die Auflösung mikroskopischer und submikroskopischer Gemengereste und auf die Zerteilung zähflüssiger Schlieren zurückgeführt werden kann.
Der Einfluß des Hydroxylgehaltes auf die Dichte und auf den Diffusionsmechanismus in Kieselgläsern
(Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1965) Brückner, Rolf
Es wird gezeigt, daß die Dichte von Kieselgläsern im Gegensatz zu mehrkomponentigen Silicatgläsern und zum B2O3-Glas durch steigenden Hydroxyl- bzw. "Wasser"-gehalt abnimmt. Die Messungen beziehen sich sowohl auf das aus besonders reinem Bergkristall nach dem Verneuil-Verfahren hergestellte Kieselglas (Homosil) als auch auf das (außer dem Wassergehalt) hochreine, synthetische, aus SiCl4 hergestellte Kieselglas. Die Proben werden bei 1000 °C entwässert und vor der Dichte- und Wassergehaltsbestimmung wegen des großen Einflusses der thermischen Vorgeschichte einer einheitlichen Wärmevorbehandlung bei 1300 °C unterworfen. Die Ergebnisse lassen im Zusammenhang mit früheren Untersuchungen über die Struktur und das Volumen-Temperatur-Verhalten der Kieselgläser im glasigen und unterkühlten Temperaturbereich eine zwanglose Deutung des von G. J. Roberts und J. P. Roberts gemessenen komplexen Diffusionsverhaltens und der Löslichkeit von Wasser im Kieselglas zu. Unter den beiden Voraussetzungen, daß der Diffusionskoeffizient um so größer wird, je größer das spezifische Volumen ist, und die Löslichkeit um so größer wird, je größer die strukturellen Inhomogenitäten sind, können folgende Effekte gedeutet werden. Die Abhängigkeit des Diffusionskoeffizienten von der thermischen Vorgeschichte, von der Wasserkonzentration, von der Temperatur oberhalb und unterhalb des Einfrierbereiches, besondere Anomalien bei 700 und 750 °C und die Löslichkeit von Wasser als Funktion der thermischen Vorgeschichte.

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