Browsing by Author "Hähnert, Manfred"

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    Alkaliselbstdiffusion und Kalium-Natrium-Ionenaustausch bei einem Natrium-Calciumsilicatglas
    (Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1982) Richter, Edgar; Kolitsch, Andreas; Hähnert, Manfred
    An Gläsern des Systems (14-x) Na₂O * x K₂O * 12 CaO * * 74 SiO₂ wurden die Natrium- und Kaliumselbstdiffusionskoeffizienten sowie für das reine Natriumglas der K/Na-Ionenaustausch im Temperaturintervall von 347 bis 565 °C untersucht. Die Bestimmung der Alkahkonzentrationsprofile in den Gläsern erfolgte radiometrisch. Es wurden die Selbstdiffusionskoeffizienten, der konzentrationsabhängige Interdiffusionskoeffizient und die reale Gleichgewichtskonstante des lonenaustauschprozesses ermittelt. Die Ergebnisse zeigen, daß der thermodynamische Faktor für geringe Kaliumkonzentrationen in der ionenausgetauschten Schicht des Glases praktisch gleich 1 ist. Aus den Abweichungen zwischen den aus Selbstdiffusionsdaten berechneten und den experimentell bestimmten Interdiffusionskoeffizienten wurden für höhere K₂O-Gehalte aus dem druckabhängigen Term des thermodynamischen Faktors die maximalen Vorspannungsintensitäten berechnet. Sie liegen etwa 30 bis 40 % niedriger als bei vergleichbaren Natrium-Alumosilicatgläsern. Aus dem Vergleich der Aktivierungsenergien der Kaliumselbstdiffusion und des K/Na-Ionenaustauschs sowie aus den berechneten Aktivierungsvolumina bei der Diffusion durch die als Folge des K/Na-Austauschs druckvorgespannte Oberflächenzone wurde abgeleitet, daß die Beweglichkeit der Kaliumionen den geschwindigkeitsbestimmenden Faktor des ablaufenden Austauschvorgangs darstellt. Alkali self diffusion and sodium-potassium ion exchange in a sode-lime-silica glass Sodium and potassium seif diffusion coefficients were determined for glasses in the system (14-x) Na₂O * x K₂O * 12 CaO * * 74 SiO₂, as well as for K/Na ion exchange in the pure soda glass, in the temperature range 347 to 565 °C. Alkali concentration profiles in the glasses were determined by radioactive techniques. The self diffusion coefficients, the concentration dependent interdiffusion coefficient and the actual equilibrium constant of the ion exchange process were determined. The results show that for low potassium concentrations the thermodynamic factor in the ion exchanged layer is practically unity. The differences between the measured interdiffusion coefficients and those calculated from the self diffusion data were used to estimate the maximum stress intensities from the pressure dependent term in the thermodynamic factor, for higher potash contents. They were around 30 to 40 % lower than for similar sodium aluminosilicate glasses. From comparison of the activation energies for potassium self diffusion and for the Na/K ion exchange and also from the activation volumes for diffusion through the surface zone stressed by the ion exchange, it was deduced that the mobility of the potassium ion is the rate determining factor in the exchange. Autodiffusion d'alcali et échange d'ions potassium-sodium dans un verre silicosodocalcique Pour des verres du système (14-x) Na₂O * x K₂O * 12 CaO * * 74 SiO₂, on a étudié les coefficients d'autodiffusion du sodium et du potassium et, pour le verre contenant seulement du sodium, l'échange d'ions K/Na pour des températures de 347 à 565 °C. Les profils de concentration des alcalis dans les verres ont été déterminés par méthode radiométrique. On a obtenu les coefficients d'autodiffusion, le coefficient d'interdiffusion dépendant de la concentration et la constante réelle d'équilibre du processus d'échange. Les résultats montrent que le facteur thermodynamique est pratiquement égal à 1 pour de faibles concentrations en potassium dans la couche du verre ayant subi l'échange. A partir des écarts entre les coefficients d'interdiffusion calculés à partir des données d'autodiffusion et determinés expérimentalement, on a calculé, pour des teneurs élevées en K₂O, les intensités maximales de contrainte en partant du terme variable avec la pression dans le facteur thermodynamique. Ces intensités sont 30 à 40 % plus faibles que pour des verres analogues d'aluminosilicate de sodium. En comparant les énergies d'activation de l'autodiffusion du potassium et de l'échange d'ions K/Na, et en utilisant les valeurs calculées des volumes d'activation lors de la diffusion à travers la couche superficielle déformée en compression par suite de l'échange K/Na, on a déduit que la mobilité des ions potassium représente le facteur déterminant la vitesse du processus d'échange.
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    Correlation between multistage crack growth and time-dependent strength in commercial silicate glasses Part 1. Influence of ambient media and types of initial cracks
    (Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1987) Gehrke, Eckhard; Ullner, Christian; Hähnert, Manfred
    The dependence of flexural strength upon loading velocity is studied regarding commercial glasses (sodium-borosilicate, sodium-aluminosilicate and soda-lime-silica glasses) in various ambient media (water, air, nonane, ethyl alcohol) after having produced various types of surface damage (emery paper, powder jet, Vickers indenter). This dependence (fatigue curves) is calculated by means of a numerical method based on data on macroscopic crack growth and compared with experimental results. Extension of the study to extremely high and low loading velocities allowed for experimental representation of multistage fatigue curves and also for their comparison with calculated results in a wide range from which some peculiarities of the subcritical growth of surface microcracks can be derived. On the other hand, the influence of ambient media on the life time of glass under stress could also be studied. It is pointed out that two factors are of great influence: the types of the initial cracks (part 1) and the treatment after damaging the surface but before performing the fracture tests (part 2 ) .
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    Correlation between multistage crack growth and time-dependent strength in commercial silicate glasses Part 2. Influence of surface treatment
    (Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1987) Gehrke, Eckhard; Ullner, Christian; Hähnert, Manfred
    The influence of surface treatment on the fatigue behaviour of commercial glasses is investigated; especially as to whether or not the fatigue behaviour of glass specimens with well-defined surface damage can be predicted from macroscopic crack growth data by means of the fracture mechanical model, if the specimens are submitted to corrosive or heat treatment after the damage has been applied but before the fracture test was performed. The results show that the correlation between macroscopic crack growth and fatigue behaviour of such specimens is only of restricted validity. Differences become obvious in the range of the long-term strength (which is of special practical interest) as the relative fatigue limit and the slope n1 in region 1 are increased. This means that the tendency to fatigue is reduced through the additional treatment.
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    Determination of the water content of alkali lime silica glasses by IR spectroscopy using nuclear reaction analysis for calibration
    (Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1998) Harder, Ulrike; Geißler, Heinz; Gaber, Martin; Hähnert, Manfred; Dersch, Oliver; Rauch, Friedrich
    Systematic IR and NRA investigations were performed for two series of glasses with very different water contents. The glasses had the composition (in mol%): 16 R₂O · 10 CaO · 74 SiO₂ (R = sodium, potassium). The IR absorption coefTicients of the OH bands were found to be linearly correlated with the total hydrogen content obtained by the NRA measurements. Using the hydrogen concentration values from NRA, the total water contents were calculated and so-called practical IR extinction coefTicients were deduced. The values found for the soda-lime-silica glasses are 381 · mol¯¹ · cm¯¹ for the band at 3550cm¯¹ and 561 · mol¯¹ · cm¯¹ for the band at 2800cm¯¹. The values for the potassium-lime-silica glasses are 231 · mol¯¹ · cm¯¹ for the band at 3550 cm¯¹ and 78 l · mol¯¹ · cm¯¹ for the band at 2800 cm¯¹ Also, Scholze's two-band method was applied, resulting in good agreement between the water contents of the glasses derived from the IR and the NRA measurements.
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    Effect of corrosive media on crack growth of model glasses and commercial silicate glasses
    (Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1990) Gehrke, Eckhard; Ullner, Christian; Hähnert, Manfred
    The crack growth on silicate glasses of the systems x Na2O - (100-x) SiO2, x Na2O - 11 Al2O3 - (89-x) SiO2, x Na2O - 11 B2O3 - (89-x) SiO2, x Na2O - 7 CaO - (93-x) SiO2 and x Na2O - 17 CaO - (83-x) SiO2 as well as on two commercial glasses (soda-lime-silica and sodium borosilicate glass) in water, acids and bases has been studied. In alkali oxide containing silicate glasses the crack-growth mechanism is based on a stress-stimulated splitting of siloxane bridges due to attack of both hydroxide ions (dominant in NaOH) and molecular water (dominant in LiOH). Real network dissolution with a rate like the crack-growth velocity (occurring in hydrofluoric acid or in water on extremely leachable glasses) leads to a plateau-like region of the crack growth. The threshold of crack growth in alkali-containing glasses is caused by alkali leaching forming a surface-near glass layer with modified mechanical properties within the cracks. Therefore, this threshold is enhanced with increasing pH value of the medium. The two commercial multicomponent glasses behave in a similar way like the investigated model glasses. The crack-growth curves indicate that the failure risk decreases in the order base, water, acid as well as with increasing concentrations of base or acid.
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    ESCA- und SIMS-Untersuchungen an ionenausgetauschten Glasoberflächen
    (Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1982) Hähnert, Manfred; Müller, Wolfgang; Richter, W.; Rauschenbach, Bernd
    Oberflächennahe Konzentrationsprofile werden an einem K/Na-ionenausgetauschten Natrium-Alumosilicatglas mit Hilfe von ESCA und SIMS untersucht. Ausgehend von der Charakterisierung unterschiedlich präparierter Probenoberflächen wird der Nachweis des Ca²⁺-Einbaus in die Glasoberfläche aus Spurengehalten der KNO₃-Schmelzen erbracht. Die nach dem lonenaustausch ablaufenden Segregationsprozesse werden nach Langzeitlagerungen gemessen. Alkalianreicherungen an der Oberfläche sind mit Hilfe von Segregationsenthalpieunterschieden zwischen Oberfläche und Volumen interpretierbar. ESCA and SIMS investigations of ion-exchanged glass surfaces Concentration profiles near the surface of a K/Na ion-exchanged sodium aluminosilicate glass were investigated by ESCA and SIMS. Starting from the characterization of differently prepared sample surfaces, the incorporation into the glass surface of Ca²⁺ present as an impurity in the KNO₃ melt was demonstrated. The segregation developing after ion exchange was measured after storing for a long time. Alkali enrichment at the surface can be interpreted in terms of the difference in enthalpy of segregation between the surface and the bulk. Etude, par les méthodes ESCA et SIMS, de surfaces de verre traitées par échange d'ions Des profils de concentration proches de la surface ont été étudiés par ces méthodes sur un verre d'aluminosilicate de sodium ayant été traité par échange d'ions K/Na. La caractérisation de surfaces d'échantillons traitées différemment, a permis d'apporter la preuve de l'insertion, dans la structure de la surface du verre, de Ca²⁺ provenant de traces contenues dans les fontes de KNO₃. Les processus de ségrégation qui se déroulent après l'échange d'ions sont étudiés après de longues durées. Les enrichissements en alcalins à la surface peuvent être interprétés à l'aide de différences d'enthalpie de ségrégation entre la surface et la masse.
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    ESR spectroscopic study on the incorporation of Fe(III) into Li2O-Al2O3-B2O3 glasses
    (Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1991) Nofz, Marianne; Hähnert, Manfred; Stößer, Reinhard
    The X band ESR spectra at 77 and 300 K of Li2O—Al2O3—B2O3 glasses investigated comprize four resonances, which can be assigned to Fe3+ ions brought into the samples by the raw materials, mainly by alumina. Signals at g' = 3, 2.3, 2.07 are due to Fe3+ ions incorporated into an autonomous FexOy phase or respective cluster-like precursors. The amplitude of the g' ≈ 4.3 signal typical for the Fe3+ ion in oxidic glasses corresponds with the Li2O content of the glasses. This indicates that the Fe(III)/∑ Fe ratio is mainly influenced by the ability of the Li+ ion to stabilize [FeO4/2]- , i.e., four-fold coordinated Fe(III) can only be stabilized if the Li+ content of the glasses is sufficiently large.
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    lonentransport in Gläsern des Systems (1-y) Na2O · y K2O · 0,4 B2O3 · 4 SiO2
    (Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1985) Hähnert, Manfred; Kolitsch, Andreas; Richter, Edgar
    An Gläsern des Systems (1-y) Na2O · y K2O · 0,4 B2O3 · 4 SiO2 wurden neben einigen glastechnischen Eigenschaften (chemische Beständigkeit, Transformationstemperaturen, lineare Wärmeausdehnungskoeffizienten) auf radiochemischem Wege die Natrium- und Kaliumselbstdiffusionskoeffizienten sowie für das K2O-freie Glas die K/Na-Interdiffusionskoeffizienten als Funktion der Temperatur (zwischen 381 und 565 °C) bestimmt. Das durch den K/Na-Ionenaustausch erzeugte Druckspannungsprofil wurde aus dem spannungsabhängigen Term des thermodynamischen Faktors der Nernst-Planck-Gleichung berechnet. Die erhaltenen Druckspannungswerte entsprechen etwa denen der Natrium-Alumosilicatgläser. Dennoch ist die experimentell ermittelte Biegebruchfestigkeit nach dem lonenaustausch bei vergleichbaren Behandlungstemperaturen deutlich niedriger als bei den Alumosilicatgläsern, was besonders auf die schmaleren Vorspannungszonenbreiten zurückgeführt werden muß.
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    NMR-Untersuchungen an Na₂O-AI₂O₃-SiO₂-Gläsern mit Hilfe der chemischen Verschiebung von ²⁷AI-Kernen
    (Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1983) Hallas, Ernst; Haubenreißer, Uwe; Hähnert, Manfred; Müller, Dirk
    Durch Anwendung der ²⁷Al-NMR-Festkörperhochauflösung konnten im ternären Glassystem Na₂O-Al₂O₃-SiO₂ über die Messung der chemischen Verschiebung regulär eingebaute, vierfachkoordinierte Al³⁺-Ionen nachgewiesen werden. Der Anteil dieser regulären [AIO₄]-Tetraeder wurde bezogen auf den Gesamtaluminiumgehalt quantitativ in Abhängigkeit von der Glaszusammensetzung untersucht. Dabei wurden für kleine molare Al₂O₃/Na₂O-Verhältnisse nahezu alle Al³⁺-Ionen in tetraedrischer Koordination gefunden. Für Zusammensetzungen mit konstantem SiO₂-Gehalt nimmt die absolute Zahl von [AIO₄]-Tetraedern entsprechend den verbreiteten Modellvorstellungen zunächst mit wachsendem Molverhältnis Al₂O₃/Na₂O zu, bis bereits bei Al₂O₃/Na₂O ≈ 0,8 ein Maximum erreicht wird. Darüber hinaus wurde ein Zusammenhang zwischen der Anzahl regulär vierfachkoordiniert eingebauter Al³⁺-Ionen und dem SiO₂/Na₂O-Verhältnis festgesteht. Sechsfachkoordinierte Al³⁺-Io- nen konnten explizit nicht nachgewiesen werden. NMR investigations of Na₂O-Al₂O₃-SiO₂ glasses by using the chemical shift of ²⁷Al nuclei Use of high resolution ²⁷Al nuclear magnetic resonance measurements of the chemical shift allows regular four co-ordinated Al³⁺ to be identified in Na₂O-Al₂O₃-SiO₂ glasses. The fraction of these regulär AIO₄ tetrahedra was related quantitatively to total aluminium content and its dependence on glass composition investigated. It was found that for small molar Al₂O₃: Na₂O ratios almost all the Al³⁺ ions were four co-ordinated. For compositions with constant SiO₂ content the absolute number of AIO₄ tetrahedra at first increases with Al₂O₃: Na₂O molar ratio, Up to about Al₂O₃/Na₂O 0,8, as expected but reaches a maximum there. Beyond that a relation was found between the number of regularly four co-ordinated Al³⁺ ions and the SiO₂ : Na₂O ratio. Six co-ordinated Al³⁺ ions cannot be explicitly identified. Études par résonance magnétique nucléaire de verres Na₂O-Al₂O₃-SiO₂ à l'aide du déplacement chimique des raies des noyaux de ²⁷Al En employant la haute résolution à l'état solide de la RMN de ²⁷Al on a pu déceler dans le système ternaire Na₂O-Al₂O₃-SiO₂, par mesure du déplacement chimique, des ions Al³⁺ tétracoordinés formant des tétraèdres réguliers. La fraction de ces tétraèdres (AIO₄) réguliers sur la teneur totale en aluminium a été étudiée quantitativement en fonction de la composition du verre. En outre, on a trouvé, pour de faibles rapports molaires Al₂O₃/Na₂O presque tous les ions Al³⁺ tétracoordinés. Pour des compositions ayant une teneur constante en SiO₂, le nombre de tétraèdres (AIO₄), d'après les modèles connus, commence par augmenter avec le rapport molaire croissant Al₂O₃/Na₂O, jusqu'à ce que ce dernier atteigne 0,8 qui représente un maximum. En plus, on a établi une relation entre le nombre d'ions Al³⁺ tétracoordinés formant des tétraèdres réguliers et le rapport SiO₂/Na₂O. Des ions Al³⁺ en coordinence 6 n'ont pas pu explicitement être détectés.
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    Water release behaviour of soda-lime-silica glass melts
    (Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1995) Gaber, Martin; Harder, Ulrike; Hähnert, Manfred; Geißler, Heinz
    Glass with the composiüon (in mol%) 16Na₂O * 10CaO * 74SiO₂ and a water content of 0.12 to 0.005 mol/1 has been investigated by IR spectroscopy. It has been found that at a water content of < 0.01 mol/l the rado of the extincdons of the absorpdon bands at 3550 and 2800 cm⁻¹ is not constant. Through the vacuum hot extraction method it could be shown that the release of bonded water from glass melt does not occur continuously, and is not determined by the kinetics of formadon of molecular water. At concentrations > 0.01 mol/l the largest part of bonded water is released at temperatures < 1000°C. Small amounts of water can be detected at temperatures > 1250°C as well. This high-temperature release of strongly bonded water is caused by changes in the structure of glass melt or by the simultaneous release of other volatile species.