Browsing by Author "Franek, Henning Johann"

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    Cäsium-Natrium-Ionenaustausch an Silicatgläsern
    (Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1981) Frischat, Günther Heinz; Franek, Henning Johann
    An einem technischen Glas und an einem diesem entsprechenden Modellglas wurde der Cs⁺-Na⁺-lonenaustausch bei Temperaturen zwischen 480 und 600 °C untersucht. Beide Gläser zeigen im Rahmen des Fehlers übereinstimmende Austauschprofile, die mit Hilfe der Elektronenstrahlmikroanalyse erhalten wurden. Der binäre Interdiffusionskoeffizient D_(Cs,Na )ist sehr stark von der Konzentration abhängig, er liegt zwischen etwa 10⁻¹³ und 10⁻⁹ cm² s⁻¹ Die Ergebnisse weisen einen deutlichen Mischalkalieffekt aus. Der Austauschgrad an der Glasoberfläche beträgt maximal 85 %. Auffallend ist auch die Form der Austauschprofile. Die Cs₂O-Konzentration fällt von der Glasoberfläche zunächst nur schwach ab, die Gestalt ähnelt „Rechteckprofilen". Die Oberfläche der Gläser wird durch diesen lonenaustausch stark beeinflußt. Caesium-sodium ion exchange in silicate glasses Caesium-sodium ion exchange was investigated at temperatures between 480 and 600 °C with a commercial glass and a corresponding model glass. Electron probe microanalysis demonstrated that both showed corresponding exchange profiles within the limits of errors. The binary diffusion coefficient D_(Cs,Na) was very strongly concentration dependent and lay between 10⁻¹³ and 10⁻⁹ cm² s⁻¹ The results exhibit a significant mixed alkali effect. The extent of exchange at the surface of the glass showed a maximum of 85 %. The form of the exchange profile is noteworthy. The Cs₂O concentration at first decreases very slowly on going in from the surface of the glass, its form resembling a rectangular profile. The surface of the glass is greatly influenced by this ion exchange. Echange d'ions césium-sodium à la surface d'un verre silicaté L'échange d'ions Cs⁺-Na⁺ a été étudié à la surface d'un verre technique et du verre modèle correspondant entre 480 et 600 °C. Ces deux verres présentent, dans les limites des erreurs permises, des profils d'échange concordants obtenus à l'aide d'une microsonde. Le coefficient d'interdiffusion binaire D_(Cs,Na) dépend très fortement de la concentration et se situe entre 10⁻¹³ et 10⁻⁹ cm² s⁻¹. Les résultats montrent un effet alcalin mixte net. Le taux d'échange à la surface est au maximum de 85 %. La forme des profils d'échange est également remarquable. La concentration en Cs₂O en partant de la surface commence par décroître lentement avec un profil à angle droit. La surface des verres est fortement modifiée par cet échange d'ions.
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    Reaktionen zwischen Glasoberflächen und Wasser bzw. wäßrigen Salzlösungen
    (Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1983) Franek, Henning Johann; Frischat, Günther Heinz; Knödler, Heinz
    Ausgangspunkt der vorliegenden Arbeit war die Beobachtung, daß Quecksilberniederdruckentladungsgefäße einen stark verminderten Vergrauungsbelag im Innern ausbilden, wenn sie vorher kurzzeitig in wäßrigen Salzlösungen (z. B. KCl oder CsCl) bei Temperaturen von 90 °C gespült worden waren. Um diesen Effekt aufzuklären, wurden an dem entsprechenden technischen Glas systematische lonenaustauschversuche in destilliertem Wasser und in wäßrigen KCl- und CsCl-Lösungen durchgeführt. Die Temperatur betrug in den meisten Fällen 90 °C, und die Behandlungszeiten lagen im Minutenbereich bis zu zwei Stunden. Die Analyse der Reaktionsschichten an der äußersten Glasoberfläche erfolgte mit Hilfe eines speziellen SIMS-Verfahrens. Vorversuche zeigten, daß unbehandelte Glaskolben bzw. Glasoberflächen auf Grund von Verwitterungsreaktionen nichtkonstante Konzentrationsverteilungen aufweisen, wobei insbesondere die Alkalien beeinflußt werden. Auch unter Lampenbetriebsbedingungen kann eine Veränderung der Profile erfolgen. Demgegenüber zeigen frische Bruchflächen und Gläser, die mit verdünnter HF geätzt wurden, im wesentlichen konstante Oberflächenprofile. Durch destilliertes Wasser erfolgt bei 90 °C ein lonenaustausch von Na⁺-Ionen vermutlich gegen H₃O⁺-Ionen mit einem konzentrationsabhängigen Interdiffusionskoeffizienten D zwischen 10⁻¹⁴ und 10⁻¹⁵ cm² s⁻¹. Beim Austausch in KCl-Lösung findet zwar ein Eindringen von K⁺-Ionen in das Glas statt, diesem Prozeß ist jedoch der schnellere Na⁺-H₃O⁺-Austausch überlagert, wobei die D-Werte dieselbe Größe wie im Falle von destilliertem Wasser haben. Auch beim Austausch in CsCl-Lösung tritt der Na⁺-H₃O⁺-Austausch ein. Cs⁺-Ionen können aber ebenfalls mit D = 5 · 10⁻¹⁷ cm² s⁻¹ in das Glas eindiffundieren, diesem Prozeß ist jedoch eine merkliche Phasengrenzreaktion überlagert. Durch den lonenaustausch mit den Alkaliionen wird in der Glasoberfläche eine Mischalkalischicht aufgebaut, die gegenüber den leichtbeweglichen Na⁺-Ionen als Barriere wirkt. Dadurch wird der Aufbau der Vergrauungsschicht im Innern des Lampenkolbens stark vermindert. Reactions between glass surfaces and water or aqueous solutions of salts This work originated in the observation that low pressure mercury discharge envelopes showed a greatly reduced internal grey deposit if they were briefly washed beforehand in aqueous Solutions (e.g. KCl or CsCl) at 90 °C. To clarify this effect samples of the appropriate glass were systematically investigated for ion exchange in distihed water and in aqueous KCl and CsCl Solutions. The temperature was usually 90 °C and times from a few minutes up to two hours. Analysis of the reaction layers on the surface of the glasses was undertaken by a special SIMS method. Preliminary tests showed that, because of weathering, untreated glass showed variable concentration distributions especially of alkahs. Changes can thus also occur in lamp operating conditions. On the other hand freshly fractured surfaces and glasses etched with dilute HF showed an essentially constant surface profile. Treatment in distihed water at 90 °C caused an exchange between Na⁺ and H₃O⁺ ions with a concentration dependent diffusivity between 10⁻¹⁴ and 10⁻¹⁵ cm² s⁻¹. In exchange with KCl solutions there was a penetration of K⁺ ions into the glass but this was less than the more rapid Na⁺-H₃O⁺ exchange so that the average diffusivity was about the same as in distilled water. The Na⁺-H₃O⁺ exchange also occurred in CsCl Solutions, however Cs⁺ ions also diffused into the glass with an average diffusivity of about 5 · 10⁻¹⁷ cm² s⁻¹ but this process is complicated by an obvious phase boundary reaction. By ion exchange of alkali ions in the surface of the glass a mixed alkali layer can be built up and this acts as a barrier to the easily mobile Na⁺ ions. The formation of the discoloured layer on the inside of the lamp envelope can thus be greatly reduced. Réactions entre des surfaces de verre et l'eau ou des solutions salines aqueuses Le but de ce travail au départ est de montrer que le dépôt grisâtre qui se forme à l'intérieur des lampes à vapeur de mercure, est très réduit si ces dernières ont été rincées très peu de temps auparavant dans des solutions salines aqueuses (par exemple KCl ou CsCl) à 90 °C. Pour expliquer cet effet, on effectue sur ce verre d'ampoule des essais d'échange ionique systématiques dans l'eau distillée et dans des solutions aqueuses de KCl et CsCl. La température est dans la plupart des cas de 90 °C et les temps de traitement vont de quelques minutes à deux heures. L'analyse des couches formées par réaction sur la surface externe du verre est faite à l'aide d'un analyseur ionique. Les essais préliminaires montrent que les ampoules de verre non traitées ou bien les surfaces de verre ont, en raison des réactions de dégradation par l'attaque atmosphérique, des répartitions de concentration non constantes, en particulier en ce qui concerne les alcalins. Même lorsque les lampes fonctionnent, il peut se produire une modification des profils de concentration. Par contre, les surfaces de fracture récentes et les verres qui ont été attaqués par HF dilué montrent, en gros, des profils de surface constants. Avec de l'eau distillée, on suppose, à 90 °C, un échange ionique des ions Na⁺/H₃O⁺ avec un coefficient d'interdiffusion D dépendant de la concentration entre 10⁻¹⁴ et 10⁻¹⁵ cm² s⁻¹. Lors de l'échange dans une solution de KCl a lieu une pénétration des ions K⁺ dans le verre, processus auquel se superpose cependant l'échange plus rapide Na⁺/H₃O⁺, les valeurs de D étant les mêmes que dans le cas de l'eau distillée. L'échange Na⁺/H₃O⁺ a lieu également dans une solution de CsCl. Les ions Cs⁺ peuvent également diffuser dans le verre avec D = 5 · 10⁻¹⁷ cm² s⁻¹, processus auquel se superpose pourtant une réaction d'interphase notoire. Par échange ionique avec les ions alcalins se forme dans la surface du verre une couche d'alcalins mixtes qui exerce le rôle de barriere vis-à-vis des ions Na⁺ facilement mobiles. Ainsi la formation du dépôt grisâtre à l'intérieur de l'ampoule se trouve fortement réduite.