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.