Thermotransport in Silicatgläsern Teil 1. Alkalisilicatgläser

Abstract

Unter Thermotransport versteht man einen Massetransport, der durch Temperaturgradienten induziert wird. Es wird über Untersuchungen dieses Effektes an M₂O-SiO₂-Gläsern (M = Li, Na, K) und Na₂O-Al₂O₃-SiO₂-Gläsern berichtet. Kreisrunde Flachglasproben wurden zwischen zwei Metallstempel unterschiedlicher Temperatur geklemmt. Die Analyse der Proben nach dieser Temperaturbehandlung ergab, daß die Alkaliionen in den binären und den ternären Gläsern mit geringem Aluminiumoxidgehalt jeweils entgegen dem Wärmestrom zur heißen Probenseite wanderten. In den ternären Gläsern mit hohem Aluminiumoxidgehalt konnte kein nennenswerter Thermotransport nachgewiesen werden. Mit der Alkaliionenwanderung ist wegen der Ladungskompensation eine Bindungsänderung beim Sauerstoff verbunden. Zur Berechnung der Transportwärme, die Größe und Richtung des Thermotransports bestimmt, dient ein Phononenmodell. Die Ergebnisse der Konzentrationsbestimmungen führen zu der Schlußfolgerung, daß Thermotransport vor allem in denjenigen Gläsern auftritt, in denen die Alkaliionen zur Schwarmbildung neigen, während in Gläsern mit gleichmäßiger Alkaliverteilung kaum damit zu rechnen ist. Thermotransport in Silicate glasses Part 1. Alkali silicate glasses By thermotransport is meant mass transport which has been induced by temperature gradients. Investigations of this effect in M₂O-SiO₂ (M = Li, Na, K) and Na₂O-Al₂O₃-SiO₂ glasses are reported. Disks of flat glass were clamped between two metal plungers kept at different temperatures. Analysis of the samples after this heat treatment showed that the alkali ions in the binary glasses and in the ternary glasses of low alumina content migrated against the heat flow to the hotter side of the sample. In the ternary glasses of high alumina content no thermotransport was detected. To maintain charge balance a change in oxygen bonding must occur as alkali migration takes place. A phonon model is used to calculate the heat of transport which determines the magnitude and direction of the thermotransport. The results of concentration determinations lead to the conclusion that thermal diffusion occurs most readily in glasses in which the alkali ions tend to form swarms and is scarcely detectable in glasses having a uniform alkali distribution. Thermotransport dans des verres de silicate 1ère partie. Verres de silicates alcalins On comprend par le thermotransport un transport de masse indult par des gradients de temperature. Cet effet est décrit dans des verres M₂O-SiO₂ (M = Li, Na, K) et Na₂O-Al₂O₃-SiO₂. Des disques de verre plat ont été serrés entre deux mâchoires métalliques de température différente. L'analyse des échantillons après ce traitement thermique révèle que les ions alcalins, dans les verres binaires et ternaires à faible teneur en alumine, migrent dans le sens opposé au transfert de chaleur vers la partie chaude de l'échantillon. On n'a pu déceler aucun transport de masse notable dans les verres ternaires à haute teneur en alumine. A la migration des ions alcalins est associée une modification de liaison de l'oxygène par suite de la compensation de charge. On se sert d'un modèle de phonons pour calculer la chaleur de transport qui détermine l'importance et la direction de ce transport de masse. Les résultats des mesures de concentration permettent de conclure que ce transport de masse a lieu surtout dans les verres où les ions alcalins ont tendance à former des essaims et non dans les verres où la répartition des alcalins est réguliére.