Browsing by Author "Engelke, Heinrich"

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    Brechungsindexübergänge infolge von Diffusionsvorgängen beim Verschmelzen von Gläsern
    (Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1974) Engelke, Heinrich; Oel, Heribert J.
    Brechungsindexübergänge in zusammengeschmolzenen Gläsern weisen oft komplizierte Verläufe auf. Ihre Entstehung wie auch Möglichkeiten, sie gezielt durch Wahl von Temperatur und Zeitdauer des Verschmelzprozesses zu variieren, ergeben sich aus dem Diffusionsverhalten der beteiligten Glaskomponenten. Daher wurden in der vorliegenden Arbeit an zusammengeschmolzenen Proben aus zwei SiO₂-CaO-K₂O-Gläsern sowohl Brechungsindexübergänge als auch Diffusionsverhalten der Glaskomponenten untersucht. Der Brechungsindexverlauf wurde mit einem Interferenzmikroskop bestimmt. Dabei mußten experimentelle Vorkehrungen getroffen werden, um Strahlabweichungen in den Proben unter der Einwirkung des Brechungsindexgradienten möglichst gering zu halten. Die verbleibenden Abweichungen konnten rechnerisch korrigiert werden. In Abhängigkeit von der Verschmelztemperatur konnten verschiedene Typen von Übergängen gefunden werden, teilweise mit wesentlich höheren und tieferen Brechungsindexwerten, als sie in den Ausgangsgläsern vorhanden waren. Die Diffusionskoeffizienten wurden nach einer eigens entwickelten Meßmethode mit der Elektronenstrahlmikrosonde bestimmt. Aus dem Diffusionsverhalten der Glaskomponenten war es gut möglich, 1. die Entstehung der Brechungsindexübergänge zu erklären, 2. Möglichkeiten zu ihrer Beeinflussung aufzuzeigen und 3. die Übergänge aus den Diffusionsdaten mit guter Übereinstimmung rechnerisch zu ermitteln. Changes of refractive index as a result of diffusion processes in glass seals Glass to glass seals often show complicated refractive index transitions. These changes depend on the diffusion behaviour of the constituents of the glasses concerned in the particular time-temperature schedule used in sealing and it is possible to vary them by changing time and temperature. Refractive index changes and the diffusion of the con-stituents have therefore been investigated when two different SiO₂-CaO-K₂O glasses are sealed together. Refractive index transitions were determined with an interference micro-scope. This requires special experimental precautions to minimize the deviation of the rays by the refractive index gradient in the material; the residual deviations can then be corrected by calculation. Different types of changes can occur, depending on the sealing temperature and can produce regions with refractive indices either distinctly higher or distinctly lower than those of the two original glasses. Diffusivities were determined by a method involving electron microprobe analysis and the results clarify the source of the refractive index gradients, show how they may be influenced and give good agreement between observed values and those calculated from diffusion data. Transferts d'indices de réfraction dus aux phénomènes de diffusion lors de la soudure de verres Les transferts d'indices de réfraction dans les verres assemblés par soudure présentent souvent des variations complexes. Le comportement à la diffusion des constituants des verres concernés permet de déterminer l'apparition de ces phénomènes et d'en faire varier le déroulement dans un but bien précis, en choisissant la température et la durée du processus de soudure. Le présent travail étudie donc à la fois les transferts d'in-dices de réfraction et le comportement à la diffusion des con-stituants des verres sur des échantillons soudés de deux verres SiO₂-CaO-K₂O. On détermine la variation de l'indice de réfraction à l'aide du microscope interférentiel, ce qui contraint à prendre certaines dispositions expérimentales afin de réduire au maximum toute perturbation du rayonnement dans les échantillons sous l'influence des gradients d'indice de réfraction. Les écarts qui subsistent peuvent être corrigés par le calcul. En fonction de la température de soudure, on trouve différents types de transfert aboutissant ä des valeurs d'indice de réfraction nettement plus élevées ou nettement plus faibles que celles des verres de Base. Les coefficients de diffusion sont déterminés à l'aide d'une méthode de mesure mise au point par les auteurs, qui utilise la microsonde électronique. A partir du comportement à la diffusion des constituants des verres, il est possible : 1.d'expliquer l'apparition des transferts d'indices de réfraction; 2.de montrer comment on peut influer sur ces phénomènes; 3.de calculer ces transferts avec une précision satisfaisante ä partir des données relatives à la diffusion.
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    Chemische Diffusion in Oxidgläsern
    (Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1980) Engelke, Heinrich; Schaeffer, Helmut A.
    Nach der Ableitung der grundlegenden Transportgleichungen für ungeladene und geladene Teilchen wird auf die phänomenologische Beschreibung der Mehrkomponentendiffusion in binären und ternären Systemen eingegangen. Bei binären und ternären Silicatgläsern kann unterschieden werden zwischen Diffusionsprozessen, bei denen keine wesentliche Beteiligung des Sauerstoffs stattfindet (quasi-starres Netzwerkgerüst, somit lonenaustauschprozesse zwischen Netzwerkwandlern) und Transportvorgängen, bei denen die Wanderung von Netzwerkbildnern eine Rolle spielt. Es wird eine Übersicht über die wichtigsten chemischen Transportprozesse in bzw. an Glasphasen gegeben, wobei sich die Einteilung nach dem Aggregatzustand des an die Glasphase angrenzenden Mediums (gasförmig, flüssig, fest) richtet. Ausgewählte Transportphänomene (Verdampfungsprozeß, wäßriger Angriff, chemisches Vorspannen, Glasverschmelzungen) werden hinsichtlich ihres geschwindigkeitsbestimmenden Schrittes erörtert. Chemical diffusion in oxide glasses After introducing the basic transport equations for uncharged and charged particles the phenomenological description of multicomponent diffusion in two and three component systems is considered. In binary and ternary silicate glasses one can distinguish between diffusion processes in which essentially no redistribution of oxygen occurs (quasi-rigid network structure or ion exchange processes between modifiers) and those in which movement of the network formers plays a part. A review is made of the most important chemical transport processes involving glasses and the various adjoining media (gas, liquid, solid). Other transport phenomena (volatilization, attack by aqueous solutions, chemical toughening, sealing) are discussed in terms of the rate controlling step. Diffusion chimique dans les verres d'oxydes Après avoir déduit les principales équations caractérisant le transport de particules neutres et chargées, on donne une description phénoménologique de la diffusion à plusieurs composants dans les systèmes binaires et ternaires. Dans les verres de silicates binaires et ternaires, on distingue les processus de diffusion auxquels l'oxygène ne participe que de façon très limitée (réseau quasi-rigide, donc processus d'échange ionique entre modificateurs de réseau) et ceux où le transport de modificateurs joue un rôle essentiel. On donne un aperçu des principaux processus chimiques de transport dans et à la surface des phases vitreuses. On établit un classement d'après la nature de la phase limitrophe de la phase vitreuse (phase gazeuse, liquide, solide). On discute des phénomènes de transport (évaporation, attaque aqueuse, trempe chimique, soudure verre-verre) sous l'angle de leur influence sur la vitesse.
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    Reaktionsvorgänge zwischen SiO₂ und einer Natriumsilicatschmelze Teil 1. Auflösung von SiO₂ in der Schmelze
    (Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1976) Röttenbacher, Reinhard; Engelke, Heinrich
    Die Auflösung von Kieselglas und brasilianischem Naturquarz wurde zwischen 1000 und 1200 °C in einer Natriumsilicatschmelze mit 24 Mol- % Na₂O untersucht. Es wurden Korrosionsexperimente, bei denen Diffusion und Konvektion die Auflösungsgeschwindigkeit bestimmen, sowie reine Diffusionsexperimente ohne Konvektion in der Schmelze durchgeführt. Die hierbei entstandenen Profile wurden mit einer Elektronenstrahlmikrosonde aufgenommen. Aus den Experimenten ergab sich, daß die Auflösungsgeschwindigkeit des SiO₂-Festkörpers unabhängig davon war, in welcher Modifikation und in welcher kristallografischen Orientierung die SiO₂-Korrosions-Körper verwendet wurden. Die Auflösungsgeschwindigkeit betrug 0,3*10¯⁶ cm/s bei 1200 °C und 0,1*10¯⁶ cm/s bei 1100 °C; bei 1000 °C fand praktisch keine Auflösung statt. Die Diffusionsgeschwindigkeit in der Schmelze konnte ermittelt werden, sie liegt in der Größenordnung 10¯⁸ cm²/s für Temperaturen zwischen 1000 und 1200 °C. Außerdem wurde der Phasenaufbau des SiO₂-Festkörpers untersucht, die Methoden und Ergebnisse werden in Teil 2 der vorliegenden Arbeit beschrieben. Die Ergebnisse lassen zusammen mit Daten aus dem Zweistoffsystem SiO₂-Na₂O folgende Aussagen zu: Es findet keine Phasengrenzhemmung an der Grenze zwischen Festkörper und Schmelze statt. Der Abtransport des SiO₂ durch die Schmelze mittels Diffusion ist der geschwindigkeitsbestimmende Schritt. So kann in einfacher Weise geklärt werden, warum weder Modifikation des SiO₂ noch kristallografische Orientierung einen Einfluß auf die Auflösungsgeschwindigkeit haben, solange nicht Sekundäreffekte wie das Aufbrechen eines Korns in mehrere kleinere Teile wirksam werden. Reaction processes between SiO₂ and a sodium silicate melt. Part 1. Dissolving of SiO₂ in the melt The dissolving of fused silica and natural Brazilian quartz in a sodium silicate melt with 24 Mol. % Na₂O was investigated in the temperature range 1000 to 1200 °C. Both corrosion experiments, in which diffusion and convection determine the rate of dissolving, and pure diffusion experiments, without convection in the melt, were carried out. The resulting profiles were determined using an electron-beam microprobe. The experiments showed that the dissolving rate of the SiO₂ solid was independent of modification and crystallographic orientation of the SiO₂ corrosion specimen employed. The rate of dissolving was 0,3*10¯⁶ cm/s at 1200 °C and 0,1*10¯⁶ cm/s at 1100 °C; at 1000 °C virtually no dissolution took place. The velocity of diffusion in the melt was determined and found to lie at about 10¯⁸ cm²/s for temperatures between 1000 and 1200 °C. In addition the phase constitution of the SiO₂ solid was investigated; methods and results are described in part 2. In combination with data from the two-component system SiO₂-Na₂O, the results permit the following conclusions to be drawn: The melt-solid interface does not act as a barrier to the reaction ; the removal of SiO₂ by means of diffusion through the melt is the rate-controlling step. Thus, it is clear why neither the modification of the SiO₂ nor crystallographic orientation have any influence an the rate of dissolving, as long as secondary effects, such as the splitting of a grain into several smaller pieces, do not come into play. Processus du raction entre SiO₂ et une fonte de silicate La dissolution du verre de quartz et du quartz naturel brésilien dans une fonte de silicate de sodium avec 24 % mol de Na₂O est étudiée entre 1000 et 1200 °C. Des expériences de corrosion d'oü la vitesse est dominée par la diffusion et la turbulence et d'autres de pure diffusion sans turbulence dans la fonte sont faites. Les profils qui en découlent sont enregistrés par une microsonde électronique. Il ressort des expériences que la vitesse de solubilité du SiO₂ solide est indépendante de la modification et de l'orientation cristallographique du SiO₂ solide employé. La vitesse de solubilité est de 0,3*10¯⁶ cm/s à 1200 °C et de 0,1*10¯⁶ cm/s à 1100 °C; à 1000 °C il n'y avait practiquement aucune solubilité du SiO₂ La vitesse de diffusion dans la masse fondue pouvait être déterminée; elle est dans l'ordre de de sodium. 1 re partie. Dissolution du SiO₂ dans la fonte 10¯⁸ cm²/s pour les températures entre 1000 et 1200 °C. Par ailleurs le système SiO₂ est analysé quant à sa composition en phase. Les méthodes employées et les résultats obtenus seront communiqués dans la 2e partie. Les resultats permettent, en rapport avec les données du système binaire SiO₂-Na₂O de tirer les conclusions suivantes : Il n'y a aucune barrière au point de contact entre le solide et la fonte ; le transport du SiO₂ à travers la fonte détermine la vitesse de reaction. Il devient ainsi clair, pourquoi ni modification du SiO₂ ni orientation cristallographique n'ont une influence sur la vitesse de solubilité tant que des effets secondaires tels que la fracture d'un grain en plusieurs petites parties n'interviennent pas.