Lithium-Selbstdiffusion in Lithiumsilicatgläsern

Abstract

Zur Bestimmung des Lithium-Selbstdiffusionskoeffienten DLi* in binären Lithiumsilicatgläsern der Zusammensetzung x Li2O · (100-x) SiO2 mit x = 18, 25 und 33 wurde eine Meßmethode entwickelt und angewandt. Das Verfahren beruht auf einem Austausch der beiden stabilen Lithiumisotope 6Li und 7Li sowie anschließender massenspektrometrischer Analyse. Dazu wurden Glasproben in einer 6Li-angereicherten Salzschmelze behandelt und danach schichtweise oder ganz in einem Quadrupolmassenspektrometer mit thermischer Zweiband-Ionenquelle auf das Isotopenverhältnis hin untersucht. Aus den Ergebnissen konnte der Selbstdiffusionskoeffizient für Temperaturen zwischen 270 und 450 °C (T ≦ Tg) berechnet werden. Die DLi*-Werte sind recht groß (um 1 ∙ 10^-8 cm^2 s^-1 bei 350 °C), sie liegen in der gleichen Größenordnung wie der Selbstdiffusionskoeffizient des Natriums in entsprechenden Natriumsilicatgläsern. Für die Aktivierungsenergie ergaben sich Werte zwischen 64 und 81 kJ/mol. Es wurden Anzeichen für einen Isotopieeffekt der Lithiumdiffusion gefunden. Daraus und mittels Anwendung der Nernst-Einstein-Gleichung werden Schlüsse auf den herrschenden Transportmechanismus gezogen.