Glass formation and structure of glasses in the Y2O3-Fe2O3-B2O3 system

Abstract

An extensive region of glass formation and liquid immiscibility have been found in the Y2O3-Fe2O3-B2O3 system. The glass transition and crystallization temperatures were determined for selected single phase glasses in this system. The glass transition temperature and the stability of the glass were found to decrease with increasing concentration of Fe2O3. Mössbauer spectroscopy, infrared spectroscopy and transmission electron microscopy were used to obtain an insight into the structure of these glasses. Infrared and Mössbauer spectra indicate that, similar to the Y2O3-Al2O3-B2O3 system, glasses in the above system contain (FeB2O6)∞ chains composed of FeO4-tetrahedral and BO3-triangular structural units. Hyperfine splitting phenomena were observed in the Mössbauer spectra of glasses containing high Fe2O3 concentrations. The appearance of such hyperfine lines, and the decrease in the isomer shift with increasing Fe2O3 content, suggest formation of iron-rich microclusters, which is supported by the presence of microstructure at a very fine scale. Glasses with increasing Y2O3 concentration showed a decrease in the isomer shift and quadrupole spliting. Glases containing TiO2 yielded ⍺-Fe2O3 when crystallized. Im System Y2O3-Fe2O3-B2O3 wurden ein ausgedehnter Bereich der Glasbildung und eine Flüssigphasenentmischung festgestellt. Für ausgewählte einphasige Gläser des genannten Systems wurden die Glastransformations- und Kristallisationstemperaturen bestimmt. Die Glastransformationstemperatur und die Glasstabilität zeigten eine Abnahme mit zunehmender Fe2O3-Konzentration. Mit der Mößbauer-, der Infrarot- und der Transmissionselektronenspektroskopie wurde die Struktur dieser Gläser untersucht. Infrarot- und Mößbauer-Spektren zeigten, daß ähnlich wie im System Y2O3-Al2O3-B2O3 die Gläser des Systems Y2O3-Fe2O3-B2O3(FeB2O6)∞-Ketten enthalten, die sich aus tetraedrischen und dreieckigen BO3-Koordinationspolyedern zusammensetzen. Hyperfeine Aufspaltungserscheinungen konnten in Mößbauer-Spektren von Gläsern mit hohen Fe2O3-Gehalten beobachtet werden. Das Auftreten von solchen hyperfeinen Linien und die Abnahme der isomeren Verschiebung mit zunehmendem Fe2O3-Gehalt lassen die Bildung von eisenreichen Mikroclustern vermuten, was durch die Anwesenheit von sehr feinen Mikrostrukturen gestützt wird. Gläser mit steigenden Fe2O3-Konzentrationen zeigten eine Abnahme der Isomerieverschiebung und der Quadrupolaufspaltung. In TiO2-haltigen Gläsern bildet sich bei Kristallisation ⍺-Fe2O3.