Diffusionskinetische Entmischung und Kristallisation im System Li2O-BaO-SiO2

Abstract

Es werden quantitative Untersuchungen über metastabile flüssig-flüssig-Phasentrennungs- und Kristallisationsvorgänge in Gläsern des pseudobinären Systems (4/5 Li2O 1/5 BaO)-SiO2 mit Hilfe der Röntgenkleinwinkelstreuung (Kratky-Kamera) und der Röntgenbeugung durchgeführt. Die Entmischungskurve wird aus Opaleszenzbeobachtungen bestimmt und mit Berechnungen von Charles verglichen. Die Auswertung der Röntgenkleinwinkelstreukurven erfolgt nach der Methode der Gaussschen Annäherung. Aus den daraus erhaltenen Größenverteilungen der amorphen Tröpfchenphase und aus thermodynamischen Berechnungen ergeben sich für das Glas der Zusammensetzung (in Mol- %) : 20 Li2O, 5 BaO und 75 SiO2 als Beispiel für das diffusionsbestimmte Wachstum einer Phase in einer übersättigten Lösung Diffusionskoeffizienten von 10^-16 bis 10^-14 cm2/s im Temperaturbereich von 575 bis 650 °C mit einer Aktivierungsenergie von 71 kcal/mol. Bei Kristallisation der Matrix von der Oberfläche her, wobei Li- und Ba-Disilicate entstehen, ist der Entmischungsvorgang gehemmt und kommt schließlich zum Stillstand. Bei Temperaturen oberhalb der Entmischungskurve entsteht an Stelle der Disilicate Cristobalit. Die Kinetik der Transportvorgänge, die sich durch Überlagerung mehrerer Diffusionsströme ergibt, scheint vorwiegend durch die Sauerstoffdiffusion bestimmt zu sein.