DSpace :: Browsing by Author "Schaeffer, Helmut A."

Browsing by Author "Schaeffer, Helmut A."

Now showing 1 - 12 of 12

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.
Chemische Veränderung von Glasoberflächen durch lonentransport im elektrischen Feld
(Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1979) Götz, Hubert; Helland, Gerd; Schaeffer, Helmut A.
In einem handelsüblichen Flachglas (Kalk-Natronsilicatglas) wurde bei Temperaturen zwischen 350 und 450 °C der Einfluß elektrischer Gleichspannungsfelder auf das Diffusionsverhalten von Silberionen untersucht. Als Elektroden wurden Salzschmelzen benutzt: als Anode eine Mischung aus Silber- und Natriumnitrat, als Kathode reines Natriumnitrat. Der Einbau der Silberionen in die Glasoberfläche erfolgte aus der anodisch geschalteten Nitratschmelze (lonenaustausch mit den Natriumionen des Glases) und ließ sich mit Hilfe eines energiedispersiven Röntgenstrahlanalysators in einem Rasterelektronenmikroskop an Hand der Konzentrationsprofile verfolgen. Von Interesse waren dabei die Form der Konzentrationsprofile bei feldinduzierter Diffusion sowie die Abhängigkeit der Profilform von der Ausdehnung der Diffusionsquelle. Beide Einflüsse gestatten es, unterschiedliche Konzentrationsprofilformen zu erzeugen, z. B. Konzentrationsmaxima unterhalb der Glasoberfläche. Durch Lösung der entsprechenden Diffusions-Differentialgleichung kann der loneneinbau im elektrischen Feld rechnerisch erfaßt werden, insbesondere auch für den Übergang von unendlich zu endlich ausgedehnter Diffusionsquelle. Die mit Silberionen durchgeführten Untersuchungen sind als Modellexperimente anzusehen für die gezielte chemische Veränderung von Glasoberflächen mit austauschfähigen Ionen und damit für die gezielte Veränderung spezieller Glaseigenschaften. Chemical change of glass surfaces by ionic transport in an electric field The diffusion behaviour of silver ions in a commercial flat glass (soda-lime-silica glass) was studied between 350 and 450 °C under the influence of an electric field. Molten salts were used as electrodes, the anode being a mixture of sodium and silver nitrates, the cathode pure sodium nitrate. Transfer of silver ions into the glass surface by exchange with the anode melt occurred and concentration profiles were obtained using an energy dispersive x-ray analyser on a scanning electron microscope. Of particular interest were the shape of the concentration profiles for field induced diffusion and the effect of the extent of the diffusion source. Both factors allow to produce different concentration profiles, for example a concentration maximum below the glass surface. By solving the differenfial diffusion equation the incorporation of ions in an electric field can be calculated, in particular for the transition from an infinite to a finite diffusion source. The experiments with silver ions can serve as a model for chemical changes of glass surfaces and therefore of special glass properties produced by exchange of ions. Modification chimique des surfaces de verre par transport ionique dans un champ életrique On étudie l'influence de champs de courant continu sur les caractéristiques de diffusion d'ions d'argent dans un verre plat du commerce (verre silicosodocalcique) à des températures allant de 350 à 450 °C. On utilise des sels fondus comme électrodes: un mélange de nitrates d'argent et de sodium sert d'anode, du nitrate de sodium pur sert de cathode. L'incorporation des ions d'argent dans la surface du verre se fait à partir du mélange de nitrates anodique (échange ionique avec les ions de sodium du verre). II est possible de suivre ce mécanisme à l'aide d'un analyseur à rayons X à dispersion d'énergie dans un microscope électronique à balayage par l'intermédiaire des profils de concentration. On étudie alors la forme des profils de concentration en rapport avec la diffusion induite par le champ de même que la variation de la forme du profil en fonction des dimensions des sources de diffusion. Ces deux influences ont permis d'obtenir des profils de concentration de différentes formes, entre autres des maxima de concentration sous la surface du verre. La solution des équations différentielles correspondantes permet de calculer l'ntégration des ions dans le champ électrique surtout pour la transition entre les sources de diffusion à étendue finie et infinie. Les études effectuées à l'aide des ions d'argent doivent être considérées comme des essais modèles permettant de réaliser une modification chimique des verres par des échanges d'ions, et d'obtenir ainsi une modification des propriétés des verres.
Effect of aggressive gases on the behavior of glass surfaces in contact with mold materials
(Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1988) Winther, Stefan; Schaeffer, Helmut A.
The behavior of an industrially melted soda-lime-silica glass was studied in contact with metallic mold materials at temperatures above the glass transformation point. An apparatus is presented which allows the determination of the sticking temperature between glass and mold material and particularly the investigation of the effect of different aggressive gases on the contact behavior. This influence on the modification of the glass surface is discussed as well as the possible effects of surface treatments on the forming processes of container glass. A treatment of the glass surface employing gaseous HCl (≤ 5 vol%) leads to a drastic increase of the sticking temperature by at least 100 K. This increase is attributed to a dealkalization of the glass surface and, thus, to the silica-rich composition of near-surface regions displaying a higher viscosity and a decreased reactivity. Furthermore, due to the HCl treatment a decreased crack susceptibility is observed even if the temperature of contact is below the original sticking temperature.
Einfluß der Bleiverdampfung auf die chemische Resistenz von PbO-SiO₂-Gläsern
(Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1977) Hoheisel, Hans-Peter; Schaeffer, Helmut A.
An binären Bleisilicatgläsern wurde der Einfluß einer thermischen Vorbehandlung (900 bis 1200 °C, 2 bis 8 h) auf die Bleilöslichkeit in 1 n Essigsäure untersucht. Die Verdampfungsverluste in Luft und in einem N₂/H₂O-Gasgemisch ließen sich gravimetrisch erfassen; die Bleilöslichkeit konnte an Hand der in Lösung gegangenen Bleimengen unter Verwendung der Atomabsorptionsspektroskopie ermittelt werden. Die Verdampfungsergebnisse deuten zusammen mit den Bleikonzentrationsprofilen im Glas (Messungen mit der Elektronenstrahlmikrosonde) auf einen oberflächenkontrollierten Reaktionsmechanismus hin. Der Korrosionsangriff durchläuft als Funktion des PbO-Gehaltes im Glas bei etwa 80 Gew.- % PbO ein Maximum, wenn der gelöste PbO-Molanteil auf die im Glas ursprünglich vorhandenen PbO-Mole bezogen wird. Die thermische Vorbehandlung spiegelt diese Abhängigkeit wider: Gläser mit Gehalten > 80 Gew.- % PbO durchlaufen während des Verdampfungsvorganges die Zusammensetzung maximaler Bleilöslichkeit, so daß je nach Ausmaß des Verdampfungsverlustes eine Erhöhung oder Erniedrigung des Essigsäureangriffs eintreten kann. Gläser mit Gehalten < 80 Gew.- % PbO zeigen dagegen nach thermischer Behandlung stets eine Abnahme der Bleilöslichkeit. Aus dem zeitlichen Verlauf der Bleiauslaugung kann auf das Zeitgesetz und damit indirekt auf den Korrosionsmechanismus geschlossen werden. Neben der t^(0,5)-Abhängigkeit (diffusionskontrollierter Vorgang) werden bei resistenteren Gläsern (bzw. bei hinreichend kurzen Zeiten) höhere Zeitexponenten (0,59 bis 0,66), bei weniger resistenten Gläsern (bzw. langen Zeiten) kleinere Zeitexponenten (0,31 bis 0,44) beobachtet. Die Ergebnisse der Bleilöslichkeit werden im Zusammenhang mit den beobachteten Verdampfungsverlusten von Bleioxid erörtert. The effect of lead vaporization on the chemical resistance of PbO-SiO₂ glasses The effect of a thermal treatment (900 to 1200 °C, 2 to 8 h) of binary lead-silicate glasses on the lead release in 1 N acetic acid was investigated. The vaporization losses in air and in a N₂/H₂O gas mixture were determined gravimetrically; the lead release was detected by measuring the amount of lead in the solution by means of atomic absorption spectroscopy. The vaporization data in conjunction with lead concentration profiles in the glass, as measured by the electron microprobe, are indicative for a surface-controlled reaction mechanism. As a function of PbO content in the glass, the corrosive attack reaches a maximum value at about 80 wt %, provided that the molar portion of PbO in solution is referred to the moles of PbO originally in the glass. The thermal treatment reflects this very dependence : glasses containing > 80 wt % PbO pass through the composition of maximum lead release during the vaporization process, thus causing an increase or decrease of acid attack depending on the extent of vaporization losses. On the other hand, glasses containing < 80 wt % PbO always display a decrease in lead solubility after thermal treatments. Leaching of lead as a function of time reveals indirectly the corrosion mechanism. Besides the t^(0,5)-depend-ence (diffusion-controlled process), larger exponents (0,59 to 0,66) were observed on more resistant glasses (or at suf-ficiently small times), and smaller exponents (0,31 to 0,44) on less resistant glasses (or longer times). The results of lead release are discussed in connection with the observed vaporization losses of lead oxide. Influence de l'évaporation du plomb sur la resistance chimique de verres PbO-SiO₂ On étudie sur des verres binaires au silicate de plomb l'effet d'un prétraitement thermique (2 à 8 h, de 900 à 1200 °C) sur la solubilité du plomb dans l'acide acétique normal. Les pertes par évaporation à l'air et dans un mélange gazeux de N₂/H₂O peuvent être déterminées par gravimétrie. La solubilité du plomb peut être déterminée par spectroscopie d'absorption atomique à partir des quantités de plomb passées en solution. Les résultats des essais d'évaporation, de même que les profils de concentration du plomb dans le verre (mesurés à la microsonde électronique) indiquent la présence d'un mécanisme de reaction contrôlé par la surface. En fonction de la teneur en PbO du verre, l'attaque par corrosion passe par un maximum aux alentours de 80 % pondéraux de PbO, si l'on rapporte la fraction molaire de PbO dissoute à la mole de PbO présence à l'origine dans le verre. Le prétraitement thermique reflète cette relation: les verres dont les teneurs en PbO excèdent 80 % pondéraux passent, au cours du processus d'évaporation, par la composition qui correspond à une solubilité maximale du plomb de Sorte que, selon l'ampleur des pertes par évaporation, il peut se produire une augmenta-tion ou une diminution de l'attaque par l'acide acétique. Par contre, les verres dont les teneurs en PbO sont inférieures à 80 % pondéraux montrent toujours, après traitement thermi-que, une diminution de la solubilité du plomb. A partir de l'évolution dans le temps de l'extraction du plomb, il est possible de tirer des conclusions sur la dépendance du temps et par là, indirectement, sur le mécanisme de corrosion. A côté de la relation t^(0,5) (processus contrôlé par la diffusion), on observe pour les verres plus résistants (et pour des temps suffisamment courts) des exposants de temps plus élevés (0,59 à 0,66) et pour des verres moins résistants (et des temps plus longs) des exposants de temps inférieurs (0,31 à 0,44). Les résultats relatifs à la solubilité du plomb sont discutés en relation avec les pertes par évaporation d'oxyde de plomb observées.
Einsatz stabiler Isotope zur Diffusionsmessung in Gläsern
(Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1979) Schaeffer, Helmut A.
Für eine Vielzahl von Transportvorgängen in festen und schmelzflüssigen Gläsern ist nicht die Beweglichkeit der „schnellen" Alkali- und Erdalkaliionen geschwindigkeitsbestimmend, sondern die der Netzwerkbildnerspezies, wie beispielsweise Sauerstoff, Silicium und Bor. Gerade für diese Elemente existieren keine Radioisotope, die sich als „Tracer" für Diffusionsexperimente eignen, so daß sich deswegen der Einsatz stabiler Isotope anbietet. Die Diffusionsmeßverfahren mit stabilen Tracern (¹⁸O, ³⁰Si usw.) erfordern isotopenspezifische Nachweismethoden. Es werden im wesentlichen die verschiedenen massenspektrometrischen Verfahren für die Ermittlung der Eigenbeweglichkeiten (Selbstdiffusionskoeffizienten) der Netzwerkbildnerspezies vorgestellt und kritisch erörtert. In einer kurzen Übersicht wird ferner auf aktivierungsanalytische Nachweismethoden und kernmagnetische Resonanz-Verfahren eingegangen, da auch diese Methoden isotopenspezifisch sind und im begrenzten Maße Aussagen über Diffusionskoeffizienten zulassen. Die aus der Literatur vorliegenden Daten der Selbstdiffusion stabiler Isotope in Gläsern unterhalb und oberhalb der Transformationstemperatur sind tabellarisch zusammengestellt. Application of stable isotopes for diffusion measurements in glasses For many transport processes in solid and molten glasses the rate is not determined by the mobile alkali and alkaline earth ions but instead by the network speeles such as oxygen, silicon and boron. As no radioactive isotopes suitable for tracer diffusion experiments exist for these elements, stable isotopes must be used. Experiments with stable tracers (¹⁸O, ³⁰Si etc.) require methods sensitive to specific isotopes. The various mass spectrometrie methods of determining the self-diffusion coefficients of these network species are described and critically reviewed. A brief review of activation analysis and nuclear magnetic resonance techniques is also included because these methods are isotope specific and allow limited references for the diffusion coefficients. Data on self-diffusion coefficients available in the literature both below and above the transformation range are tabulated. Utilisation d'isotopes stables pour la mesure de la diffusion dans les verres Pour hon nombre de processus de transport dans les verres à l'état solide et fondu, la vitesse n'est pas contrôlée par la mobilité des ions alcalins et alcalinoterreux, mais par le type de formateur de réseau tel que l'oxygène, silicium et bore. Pour ces éléments, il n'existe pas de radioisotopes susceptibles d'être utilisés comme traceurs pour les essais de diffusion, mais on a la possibilité d'utiliser des isotopes stables. Les méthodes de mesure de la diffusion faisant appel à des traceurs stables (¹⁸O, ³⁰Si, etc.) exigent des méthodes de décèlement spécifiques aux isotopes. On présente et discute essentiellement différents procédés de spectroscopie de masse qui permettent de déterminer la mobilité propre (coefficient d'autodiffusion) des différents formateurs de réseau. On donne ensuite un bref aperçu des méthodes de décèlement par activation et des procédés RMN, procédés qui sont également spécifiques aux isotopes et qui permettent d'obtenir certains renseignements sur le coefficient de diffusion. Les données de la littérature concernant l'autodiffusion d'isotopes stables dans les verres au-dessus et au-dessous de la température de transformation ont été regroupées sous forme de tableaux.
Elektrochemische Messung der Sauerstoffaktivität in Glasschmelzen
(Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1985) Lenhart, Armin; Schaeffer, Helmut A.
Zur reproduzierbaren Einstellung des Oxidationszustandes von Glasschmelzen sowie der Eigenschaften der fertigen Glasprodukte erhebt sich die meßtechnische Forderung nach einer kontinuierlichen Überwachung und Regelung der Sauerstoffaktivität der Glasschmelze. Es wird eine Sondenanordnung zur elektrochemischen Messung der Sauerstoffaktivität in Glasschmelzen vorgestellt. Die neu entwickelte Sonde zeichnet sich durch das „Nachführprinzip" aus, so daß bei 1400 °C in Kalk-Natronsilicatgläsern Standzeiten in der Größenordnung von Wochen erzielt werden können. Die Sonde besteht aus einer nachführbaren Bezugselektrode, die aus einem Al2O3-ZrO2-Verbund aufgebaut ist und die die Glasschmelze oberflächlich berührt, und einer Pt-Meßelektrode, die großflächig ausgebildet ist und in die Glasschmelze eingetaucht wird. Es wird die Funktionstüchtigkeit der Sonde bei Einsatz in einer Kalk-Natronsilicat-Modellglasschmelze (74 SiO2, 16 Na2O, 10 CaO (Stoffmengengehalt in %)) gegenüber Atmosphären- und Temperaturwechsel geprüft, wobei insbesondere der Einfluß der Meßelektrodengröße und der Relativbewegung zwischen Meßelektrode und Glasschmelze auf die Meßgenauigkeit der Zellspannung untersucht wird. Ferner wird der Einfluß polyvalenter Elemente, die dem Modellglas zugesetzt werden, auf die Änderung der Sauerstoff aktivität bei Temperaturwechseln untersucht. Es zeigt sich, daß Ceroxid den geringsten, Arsenoxid dagegen den größten Einfluß auf den Temperaturkoeffizienten der Zellspannung besitzt. Die untersuchte Temperaturabhängigkeit der Zellspannung ermöglicht die Bestimmung der Reaktionsenthalpien polyvalenter Ionen im Kalk-Natronsilicat-Modellglas.
Entalkalisierung von Na₂O-CaO-SiO₂-GlasoberfIächen bei Einwirkung chlorhaltiger Gase
(Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1981) Schaeffer, Helmut A.; Mecha, Josef; Freude, Eberhard; Weißkopf, Karl; Knödler, Heinz
Im Hinblick auf die Entwicklung effizienter Oberflächenveredelungsverfahren für Na₂O-CaO-SiO₂-Gläser wurde die Wirkung chlorhaltiger Gase auf den Entalkalisierungsprozeß ermittelt. Die Entalkalisierung besteht darin, daß Natrium als Natriumchlorid extrahiert wird. Unter Einsatz verschiedener Untersuchungsmethoden (Atomabsorptionsspektroskopie, Infrarot-Reflexionsspektroskopie, Fotoelektronenspektroskopie, Massenspektroskopie) wurde die Reaktivität chlorhaltiger Gase, insbesondere von HCl-Gas, mit der Glasoberfläche untersucht sowie die dadurch verursachten Veränderungen an der Glasoberfläche bestimmt. Die Entalkalisierung setzt bei Temperaturen ab 350 °C ein und führt beispielsweise nach einer 5 minütigen HCl-Behandlung bei 550 °C zu einer Natriumextraktionstiefe von etwa 0,2 μm. Es entstehen dadurch kieselglasähnliche oberflächennahe Bereiche und damit veränderte Eigenschaften der Glasoberfläche. Im Vergleich zum industriell eingeführten SO₂-Verfahren bietet die Behandlung mit HCl-Gas den Vorteil, daß kaum eine Abhängigkeit vom Wasserdampf- und Sauerstoffpartialdruck vorliegt. Die Einzelschritte des Entalkalisierungsprozesses und die Frage nach dem geschwindigkeitsbestimmenden Teilchentransport werden für die Reaktion von HCl oder SO₂ mit Na₂O-CaO-SiO₂-Glasoberflächen erörtert. Ferner wird auf Aspekte der Toxizität und der praktischen Anwendung bei der Entalkalisierung mh HCl-Gas eingegangen. De-alkalization of Na₂O-CaO-SiO₂ glass surfaces by gases containing chlorine In connexion with the development of efficient surface treatment processes for Na₂O-CaO-SiO₂ glasses, de-alkalization by gases containing chlorine has been investigated. De-alkalization involves extraction of the sodium as sodium chloride. Various methods including atomic absorption spectroscopy, infra-red reflexion spectroscopy, photoelectron spectroscopy and mass spectroscopy have been used to study the reactivity of gases containing chlorine, especially HCl, with glass surfaces and the changes produced in these surfaces. De-alkalization occurs at temperatures from 350 °C and, for example, 5 min treatment at 550 °C gives a sodium extraction depth of about 0,2 μm. This produces a sihca-like surface layer with altered properties. In comparison with the usual industrial practice of using SO₂, treatment with HCl has the advantage of not depending on water vapour and oxygen partial pressures. The individual steps of the de-alkalization process are discussed as well as the problem of the rate-determining particle transport for the reaction of HCl or SO₂ with Na₂O-CaO-SiO₂ glass surfaces. Further aspects of toxicity and practical use of de-alkalization with HCl are also considered. Désalkalinisation de surfaces de verre Na₂O-CaO-SiO₂ sous l'influence de gaz chlorés La mise au point de procédés efficaces pour améliorer le traitement de surface de verres Na₂O-CaO-SiO₂ a nécessité des recherches pour déterminer l'action des gaz chlorés sur le processus de désalcalinisation. La désalcalinisation consiste àextraire le sodium sous forme de chlorure de sodium. Différentes méthodes (absorption atomique, spectrométrie de réflexion dans l'infrarouge, spectrométrie des photoélectrons, spectrométrie de masse) ont été employées pour étudier la réactivité des gaz chlorés, en particulier de HCl, avec la surface de verre et déterminer les modifications de surface qui en résultent. La désalcalinisation débute à partir de 350 °C; à titre d'exemple, après un traitement par HCl de 5 min à 550 °C, le sodium se trouve extrait sur une épaisseur de 0,2 μm environ. Ainsi apparaissent des domaines près de la surface, de composition semblable à celle du verre de silice, ce qui a pour conséquence de modifier les propriétés de surface du verre. Comparé au traitement par SO₂ appliqué dans l'industrie, le traitement par HCl gazeux offre l'avantage de ne dépendre que dans une faible mesure des pressions partielles de vapeur d'eau et d'oxygène. Sont discutés les différentes étapes du processus de désalcalinisation et le problème du transport des particules qui détermine sa vitesse, pour la réaction de HCl ou SO₂, avec les surfaces de verre Na₂O-CaO-SiO₂. Sont abordés ensuite les aspects de toxicité et de réalisation pratique lorsque l'on appauvrit les surfaces en alcalin en les traitant par HCl gazeux.
Reaktionsvorgänge zwischen SiO₂ und einer Natriumsilicatschmelze Teil 2. Reaktionen an der Phasengrenze
(Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1976) Röttenbacher, Reinhard; Mörtel, Heinrich; Schaeffer, Helmut A.
Der Angriff einer Natriumsilicatschmelze auf Kieselglas und Naturquarz wurde bei 1200 °C verfolgt. Die dabei an der Phasengrenze gebildeten Reaktionsprodukte wurden phasenanalytisch (Lichtmikroskopie, Röntgenbeugung, IR-Spektroskopie, Differentialthermoanalyse) untersucht, ferner ließen sich Konzentrationsprofile von Natrium und Silicium in der Reaktionszone unter Einsatz einer Elektronenstrahlmikro-sonde ermitteln. Es zeigt sich, daß Kieselglas und Naturquarz beim Angriff der Natriumsilicatschmelze sich ähnlich verhalten, d. h. dem eigentlichen Auflösungsvorgang geht eine Umwandlung des SiO₂ in Cristobalit bzw. Tridymit voraus. Bemerkenswert ist, daß sich an der Grenzfläche SiO₂/ Schmelze eine Natriumanreicherung einstellt, die weit über den Natriumgehalt der Schmelze hinausgehen kann. Die Ergebnisse liefern einen Ansatz zur Aufklärung der Einzelschritte des Angriffsvorgangs. Reaction processes between SiO₂ and a sodium silicate melt. Part 2. Reactions at the phase boundary The attack of sodium silicate melts an vitreous silica and natural quartz was observed at 1200 °C. The reaction products formed at the interface were examined by light microscopy, x-ray diffraction, infra-red spectroscopy and differential thermal analysis; moreover silicon and sodium concentration profiles were determined by electron microprobe. It was shown that vitreous silica and natural quartz both behaved in a similar way when attacked by sodium silicate melts and transformed into cristobalite and tridymite before dissolving. It is noteworthy that an enrichment in sodium, possibly exceeding that in the bulk melt considerably, occurs at the silica-melt interface. The results help to clarify the individual steps in the process of attack. Processus du reaction entre SiO₂ et une fonte de silicate de sodium. 2e partie. Réactions à la limite des phases L'attaque d'un verre de silice et d'un quartz naturel par une fonte de silicate de sodium est étudiée à 1200 °C. Les produits de la réaction qui se sont formés à la limite des phases au cours de cette attaque sont étudiés par analyse des phases (au microscope optique, par diffraction des rayons X, spectroscopie infrarouge et analyse thermique différentielle) et l'on établit les profils de concentration du sodium et du silicium dans la zone de réaction en utilisant une microsonde électronique. Il apparait que le verre de silice et le quartz naturel ont un comportement semblable lorsqu'ils sont attaqués par la fonte de silicate de sodium en ce sens qu'une transformation du SiO₂ en cristobalite ou en tridymite précède le processus de dissolution proprement dit. Il est ä remarquer qu'un enrichissement en sodium intervient ä l'interface SiO₂/fonte, enrichissement qui peut être nettement supérieur à la teneur en sodium de la fonte. Les résultats fournissent une base qui permet d'éclairer les différentes étapes du processus d'attaque.
Recycling of cullet and filter dust in the German glass industry
(Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1996) Schaeffer, Helmut A.
Increasing ecological constraints linked with economic advantages have induced the recychng o f cullet predominantly in the Container glass industry as well as the recycling of filter dust in various branches of glass production. The recycling of cullet, originating from non-refillable glass packaging was introduced more than 20 years ago, whereas the recycling of filter dust originating from waste gas treatment, was started only a few years ago. The transition from employing basically constant raw materials to utilizing increasing amounts of recycled glass as the major batch material and the introduction of filter dust as an additive (refining agent) have imposed new challenges on glass melting. Difficulties result from the incorporation and possible enrichment of impurity components such as metals and halogens and furthermore from the unknown and changing amounts of organic contaminations. Special efforts will be discussed which help to improve the reproducibility of glass melting with high portions of cullet by employing an in-situ control of the redox State in the glass melt.
Sauerstoff-18-Diffusion in Bleigläsern
(Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1969) Schaeffer, Helmut A.; Oel, Heribert J.
Die Sauerstoffselbstdiffusionskoeffizienten wurden nach einem neuen massenspektrometrischen Verfahren mittels oxidisch gebundenem 18O an zwei Bleigläsern mit der Zusammensetzung (in Gew.-%) : 62 PbO, 7 K2O, 27 SiO2 und 88 PbO, 12 B2O3 gemessen. Im Temperaturbereich von 275 bis 425 °C ließen sich folgende Difusionskoeffizienten bestimmen: D = 1 ∙ 10^-10 exp ( - 12 kcal/RT)cm2/s für das Blei-Kali-Silicatglas und D = 6 ∙ 10^-10 exp ( - 11 kcal/RT)cm2/s für das Bleiboratglas. Die Ergebnisse wurden mit 18O-Diffusionskoeffizienten in anderen Glas- und bleioxidischen Systemen verglichen und auf Grund chemischer Bindungsverhältnisse gedeutet. Mit Hilfe der thermodynamisch-statistischen Theorie konnten die Wanderungsenergien des Sauerstoffs abgeschätzt werden; es wird auf eine eingefrorene „Fehlstellenordnung" geschlossen. Unter Benutzung der Nernst-Einstein-Formel kann gefolgert werden, daß die Sauerstoffselbstdiffusion im untersuchten Temperaturbereich vorwiegend atomar erfolgt.
Spannungsaufbau beim Ionenaustausch von Gläsern
(Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1974) Schaeffer, Helmut A.; Heinze, Reinhart
Ein handelsübliches Flachglas wurde unterhalb des Transformationspunktes bei Temperaturen zwischen 400 und 480 °C einem Kalium/Natrium-Ionenaustausch (KNO₃-Schmelze) unterworfen (4 bis 64 h). Die Spannungsprofile wurden spannungsoptisch nach der Methode von SNARMONT an dünnen, aus ionenausgetauschten Platten herausgeschnittenen Scheiben gemessen. Die durch den Ionenaustausch erzeugten Konzentrationsprofile wurden mit einer natrium-spezifischen Glaselektrode bzw. der Atomabsorptionsspektroskopie ermittelt. In Analogie zu der Berechnung von Thermospannungen werden aus den Konzentrationsprofilen Spannungen berechnet und mit den experimentellen verglichen. Die dabei auftretenden Abweichungen sind u. a. auf einen orts- und zeitabhängiggen Gitterausdehnungskoeffizienten zurückzuführen. Darüber hinaus wird die Existenz eines zweidimensionalen Spannungszustandes in einer ionenausgetauschten Platte diskutiert. Die Analyse der Konzentrationsprofile führt auf konzentrationsabhängige Interdiffusionskoeffizienten, die einen maximalen Wert durchlaufen. Die Abhängigkeit des Interdiffusionskoeffizienten vom Mischalkalieffekt und von den beim Ionenaustausch induzierten Druckspannungen wird erörtert. Stress formation by ion exchange of glasses A commercial flat glass was treated in a KNO₃ melt to produce potassium/sodium ion exchange below the trans-formation range (400 to 480 °C) for times from 4 to 64 h. The stress profile was measured by SÉNARMONT compensator data on thin discs cut out of ion-exchanged plates, whilst the concentration profiles were determined by means of a sodium-specific glass electrode and atomic absorption spectroscopy. Stresses were calculated from the concentration distributions, by analogy with thermal stresses, and compared with the experimental data. The differences observed can be attributed to a local and time dependent lattice expansion. In addition the existence of a two dimensional stress field in an ion exchanged plate is discussed. The analysis of the concentration profile showed the effective diffusivity to be concentration dependent and to go through a maximum. The dependence of diffusivity on the mixed-alkali effect and on the stresses induced by ion exchange are discussed. Structure des contraintes lors d'un échange ionique dans les verres Un verre plat commercial est soumis pendant des durées allant de 4 à 64 h à un échange des ions sodium et potassium (fonte de KNO₃) à des températures inférieures à la température de transformation et comprises entre 400 et 480 °C. Les profils de contraintes sont mesurés par photoélasticimétrie selon la méthode de SNARMONT sur des disques minces dé-coupés dans des plaques ayant subi l'échange ionique. Les profils de concentration obtenus par échange ionique sont déterminés par une electrode de verre — spécifique à sodium — et par spectroscopie d'absorption atomique. Par analogie avec le calcul des contraintes thermiques, on calcule les con-traintes à partir des profils de concentration et l'on compare les résultats aux valeurs trouvées expérimentalement. Les écarts constatés sont notamment dus à un coefficient de dilatation du réseau lié à l'emplacement et au temps. On discute en outre l'existence d'un état de contraintes bidimen-sionnel dans une plaque soumise à l'échange ionique. L'analyse des profils de concentration fournit des coefficients d'interdiffusion liés à la concentration, qui passent par une valeur maximale. La relation qui lie le coefficient d'interdiffusion à l'effet alcali mixte et aux contraintes de com-pression qui prennent naissance lors de l'échange ionique est discutée.
Verdampfungsvorgänge an einem Na₂O-CaO-SiO₂-Glas Dampfdruck- und Konzentrationsprofilmessungen
(Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1976) Schaeffer, Helmut A.; Sanders, David M.
Einleitend wird ein Vergleich zwischen der Knudsen-Effusions- und der Mitführungsmethode zur Messung von Dampfdrücken an Glasschmelzen angestellt. Die Verdampfung wird mit Hilfe zweier verschiedener Mitführungsapparaturen am 74 SiO₂ * 16 Na₂O * 10 CaO-Glas (Angaben in Gew.- %) zwischen 1075 und 1335 °C bei unterschiedlichen Wasserdampfpartialdrücken untersucht. An Hand von Verdampfungsmessungen als Funktion der Strömungsgeschwin-digkeit des Trägergases läßt sich der Bereich der Dampfsättigung ermitteln. Die höchsten Dampfdrücke werden gemessen, wenn die Schmelze gerührt wird, da dadurch eine Oberflächenverarmung der Glasschmelze an Na₂O vermieden wird. Nichtgerührte Schmelzen zeigen einen niedrigeren „effektiven" Dampfdruck, verhalten sich aber nach einer bestimmten Verdampfungszeit wie homogene Schmelzen. Mit einer Elektronenstrahlmikrosonde wurden im Anschluß an den Verdampfungsvorgang die Konzentrationsprofile von Natrium, Calcium und Silicium in den Glasproben gemessen, und zwar für verschiedene Verdampfungszeiten und -temperaturen. In Frage kommende Verdampfungsmechanismen bei gesättigter und ungesättigter Dampfphase werden diskutiert. Volatilization processes from a soda-lime-silica glass Measurement of vapour pressures and concentration profiles First the Knudsen effusion and transportation methods of determining vapour pressures of glass melts are compared. Two different sets of apparatus have been used to obtain data for a (wt %) 74 SiO₂, 16 Na₂O, 10 CaO glass, between 1075 and 1335 °C under different partial pressures of water vapour. The dependence of volatilization rate on velocity of flow of the carrier gas has been used to determine the range of vapour saturation. The highest vapour pressures were determined when the melt was stirred to avoid surface depletion of Na₂O. Unstirred melts show a lower effective vapour pressure which, however, behave like homogeneous melts after a particular time of volatilization. Electron microprobe data were used to determine concentration profiles of sodium, calcium and silicon in the glass samples, for different times and temperatures of volatilization. The mechanisms of evaporation with saturated and unsaturated vapour phases are discussed. Phénomènes de vaporisation dans un verre Na₂O-CaO-SiO₂ Mesure de pressions vapeur et profils de concentration On compare tout d'abord la méthode par effusion de Knudsen et la méthode par entrainement utilisées pour mesurer les pressions de vapeur dans des fontes de verre. On étudie la vaporisation à l'aide de deux appareils d'entrainement différents sur un verre de composition (en % pondéraux) 74 SiO₂-16 Na₂O-10 CaO entre 1075 et 1335 °C et pour différentes pressions partielles de vapeur d'eau. A partir de mesures de vaporisation réalisées en fonction de la vitesse d'écoulement du gaz porteur, on peut calculer le domaine de saturation en vapeur. Les pressions de vapeur maximales sont mesures en agitant la fonte, ce qui évite un appauvrissement en Na₂O de la surface de la fonte. Les fontes non agitées ont une pression de vapeur „effective" plus faible mais se comportent toutefois comme des fontes homognes aprs un certain temps de vaporisation. Complémentairement au processus de vaporisation, on mesure à l'aide d'une microsonde électronique les profils de concentration du sodium, du calcium et du silicium dans les échantillons de verre pour différentes durées et températures de vaporisation. On discute les mécanismes de vaporisation qui interviennent dans les phases vapeur saturées et non saturées.

Browsing by Author "Schaeffer, Helmut A."

Results Per Page

Sort Options