Kinetische Vorgänge beim Farbbeizen von Gläsern

Abstract

An verschiedenen Modellgläsern aus den Systemen Na₂O-SiO₂, Na₂O-K₂O-SiO₂ und Na₂O-CaO-SiO₂ bzw. an einem technischen Glas wurde der Austausch der Alkali-ionen mit Silber- bzw. Kupferionen ausgeführt. Die Versuche wurden sowohl mit Schmelzen als auch mit Pasten vorgenommen. Die Austauschprofile wurden mit Hilfe der Elektronenstrahlmikrosonde erfaßt. Im Falle des Silber-Alkali-Austausches konnte bei Verwendung von AgCl-Schmelzen an den Na₂O-SiO₂- und Na₂O-CaO-SiO₂-Gläsern ein von der Konzentration näherungsweise unabhängiger Interdiffusionskoeffizient ermittelt werden. AgNO₃-Schmelzen bzw. Mischalkaligläser liefern dagegen konzentrationsabhängige Interdiffusionskoeffizienten. Im Falle des Kupfer-Alkali-Austausches wurden nur konzentrationsabhängige Interdiffusionskoeffizienten erhalten. Im Gegensatz zur Verwendung von Pasten ist bei Schmelzen das Cu²⁺-Ion geschwindigkeitsbestimmend, wodurch nur geringe Eindringtiefen resultieren. Die durch den Ionenaustausch erhaltenen Färbungen der Glasoberfläche hängen von den verwendeten Pasten, der Einbrenntemperatur, der Einbrenn-dauer und der Atmosphäre ab. Kinetic processes in the colour staining of glasses Exchange of alkali ions for silver and copper ions has been made for various model glasses in the Na₂O-SiO₂, Na₂O-K₂O-SiO₂ and Na₂O-CaO-SiO₂ systems as well as a technical glass. The experiments involved use of both melts and pastes. The exchange profile was determined by electron microprobe. The use of silver chloride melts gives an approximately concentration independent diffusivity for silver-alkali exchange in Na₂O-SiO₂ and Na₂O-CaO-SiO₂ glasses. Silver nitrate melts and mixed alkali glasses show concentration dependent diffusivities. Diffusivities for copper-alkali e-change were always concentration dependent. In contrast to the behaviour with pastes, in melts th Cu²⁺ ion is rate determining and only very small penetration depths are produced. The colours obtained depend on the paste used, the firing temperature and time and the atmosphere. Phénomènes cinétiques accompagnant la coloration des verres par cémentation Dans différents verres modèles appartenant aux systèmes Na₂O-SiO₂, Na₂O-K₂O-SiO₂ et Na₂O-CaO-SiO₂, de même que dans un verre technique, on a substitué des ions argent et cuivre aux ions alcalins du verre. Les essais ont été effectués à partir de sels fondus et de pâtes. Les profils d'échange ont été établis à l'aide d'une microsonde électronique. Dans le cas d'un échange argent-alcalis, on a pu déterminer, pour les verres Na₂O-SiO₂ et Na₂O-CaO-SiO₂, un coefficient d'inter-diffusion pratiquement indépendant de la concentration lorsqu'on utilisait AgCI fondu. Par contre, en présence de AgNO₃ fondu, les verres d'alcalis mixtes ont fourni des coefficients d'interdiffusion dépendant de la concentration. Dans le cas d'un échange cuivre-alcalis, on n'a obtenu que des coefficients d'interdiffusion lié à la concentration. Contraire-m n à ce qui se produit lorsqu'on utilise des pâtes, l'ion Cu²⁺ est, dans les sels fondus, l'élément qui détermine la vitesse, ce qui se traduit par de faibles profondeurs de pénétration. Les colorations de la surface de verre obtenues par échange ionique sont fonction des pätes utilisées, de la température et de la durée de cuisson ainsi que de l'atmosphère.