Physikalische Löslichkeit von Helium, Neon und Stickstoff in Glasschmelzen

Abstract

The physical solubilities of neon and nitrogen in a soda-lime-silica glass melt and also in binary Li2O, Na2O and K2O silicate melts of various alkali contents were measured and are reported. Measurements were made for the soda-lime-silica melt at temperatures from 1200 to 1480 °C, other measurements were only at 1480 °C. The Ne and N2 solubility data are compared with previously published data for He and discussed with regard to the structural implications. The dependence of the physical solubility on alkali content decreased in the order He, Ne, N2. He solubility increased with decreasing alkali content, rather more in Li2O-SiO2 melts than when the alkali was Na2O or K2O. Ne solubility varied in a similar way for Li2O and Na2O silicate melts but was virtually independent of alkali content in K2O-SiO2 melts. N2 solubility in Li2O- and K2O-SiO2 melts hardly varied with decreasing alkali content.The physical solubility increased as temperature rose, the effect being least for He and greatest for N2. It is shown that the larger holes have a larger expansion with temperature than the smaller holes and that the expansion coefficient even of the smaller holes (helium holes) is larger than that of the melt itself. The dependence of physical solubility on both glass composition and temperature can be interpreted by a model of holes. Les valeurs mesurées de la solubilité physique du néon et de l'azote dans une fonte de verre sodocalcique et dans des fontes binaires de Li2O-, Na2O-, K2O-SiO2 possédant différentes teneurs en R2O sont fournies. Les mesures relatives au verre sodocalcique sont effectuées dans le domaine de températures compris entre 1200 et 1480 °C, toutes les autres mesures à 1480 °C. Les solubilités du Ne et N2 sont comparées aux solubilités de He publiées précédemment, de manière à obtenir des informations sur la structure des fontes. Si l'on va de l'hélium à l'azote en passant par le néon, on constate que les solubilités physiques dépendent de moins en moins de la teneur en alcalis. La solubilité de l'hélium augmente lorsque la teneur en alcalis diminue, l'accroissement étant plus prononcé pour les fontes de Li2O-SiO2 que pour les fontes de Na2O- et de K2O-SiO2 . Il en va de même pour les fontes de Li2O- et de Na2O-SiO2 en ce qui concerne la solubilité du néon, qui, dans les fontes K2O-SiO2 , est cependant indépendante de la teneur en alcalis. La solubilité de l'azote dans les fontes de Li2O- et de K2O-SiO2 ne se modifie que peu lorsque la teneur en R2O décroît. Les solubilités physiques augmentent avec la température, le moins nettement pour l'hélium et de la façon la plus marquée pour l'azote. On montre que, lors d'une élévation de température, les lacunes importantes s'étendent beaucoup plus que les lacunes de petites dimensions dans les fontes de verre. Le coefficient de dilatation cubique des lacunes est un multiple de celui de la fonte. La relation entre la solubilité physique, la composition du verre et la température peut être expliquée en se servant d'un modèle des lacunes. Es werden Meßwerte für die physikalische Löslichkeit von Neon und Stickstoff in der Schmelze eines Kalk-Natron-Glases und in binären Li2O-, Na2O-, K2O-SiO2-Schmelzen unterschiedlichen R2O-Gehaltes mitgeteilt. Die Messungen am Kalk-Natron-Glas wurden im Temperaturbereich 1200 bis 1480 °C, alle anderen Messungen bei 1480 °C durchgeführt. Die Ne- und N2-Löslichkeiten werden mit früher veröffentlichten He-Löslichkeiten im Hinblick auf die Struktur der Schmelzen verglichen. Die physikalischen Löslichkeiten zeigen sich in der Reihe Helium, Neon und Stickstoff immer weniger abhängig vom Alkaligehalt. Die He-Löslichkeit nimmt bei abnehmendem Alkaligehalt zu, und zwar stärker bei den Li2O-SiO2- als bei den Na2O- und K2O-SiO2-Schmelzen. Ebenso ist es bei Li2O- und Na2O-SiO2-Schmelzen im Falle der Ne-Löslichkeit, die bei den K2O-SiO2-Schmelzen jedoch unabhängig vom Alkaligehalt ist. Die N2-Löslichkeit in Li2O- und K2O-SiO2-Schmelzen nimmt mit abnehmendem R2O-Gehalt geringfügig ab. Mit steigender Temperatur nehmen die physikalischen Löslichkeiten zu, am wenigsten bei Helium und am stärksten bei Stickstoff. Es wird gezeigt, daß sich große Hohlräume in Glasschmelzen bei Temperaturerhöhung viel stärker ausdehnen als kleine Hohlräume. Der kubische Ausdehnungskoeffizient der Hohlräume beträgt ein Mehrfaches desjenigen der Schmelze. Die Abhängigkeit der physikalischen Löslichkeit von der Glaszusammensetzung und der Temperatur kann an Hand eines Hohlraummodells erklärt werden.