Solid-state MAS NMR studies of the structure of magnesium aluminosilicate oxynitride glasses

Abstract

Magic angle spinning (MAS) 29Si and 27Al NMR has been applied to study the structure of glasses in the system SiO2-Al2O3-MgO with and without addition of Si3N4. Aluminium appears to be tetrahedrally coordinated. In contrast to studies of binary and quasibinary glasses, as a consequence of the large number of structural units, no splittings of the 29Si NMR spectra into individual lines have been observed. Chemical shift and line width data have been discussed in terms of a structural model which rules out AI-O-AI, AI-Ο-Mg and Mg-Ο-Mg bonding as well as a binary distribution of Qn units. The spectra indicate preferentially Si-N and to a lesser extent Al-Ν bonding if nitrogen is incorporated into the network. Die 29Si- und 27AI-MAS-NMR-Spektroskopie wurde eingesetzt , um die Struktur von SiO2 -Al2O3-MgO-Gläsern mit und ohne Zusatz von Si3N4 zu untersuchen. Es zeigt sich, daß Aluminium in diesen Systemen immer tetraedrisch koordiniert auftritt. Anders als bei MAS-Studien an binären oder quasibinären Gläsern wurde als Folge der großen Anzahl von verschiedenen Baugruppen keine Aufspaltung der 29Si-NMR in individuelle Linien beobachtet. Die chemischen Verschiebungen und Linienbreiten wurden durch ein Strukturmodell erklärt, das AI-Ο-AI-, AI-Ο-Mg- und Mg-O-Mg-Bindungen ausschließt, ebenso wie eine binäre Verteilung von (Qn-Einheiten. Bei Einbau von Stickstoff in das Netzwerk weisen die Spektren auf die Ausbildung von Si-N- und (in wesentlich geringerem Ausmaß) Al-N-Bindungen hin.