Alkaliionenaustausch an Silicatgläsern

Abstract

Der K⁺-Na⁺-Ionenaustausch wurde zwischen einem Natrium-Alumosilicatglas und einer KNO₃-Schmelze bei Temperaturen oberhalb und unterhalb Tg des Glases verfolgt; in ähnlicher Weise wurden der Rb⁺-Na⁺- bzw. Na⁺-Rb⁺-Austausch zwischen einem Natriumsilicat- bzw. einem Rubidiumsilicatglas in RbNO₃ bzw. NaNO₃ untersucht. Die Bestimmung der Alkaliverteilungen in den Gläsern erfolgte mit Hilfe einer Elektronenstrahlmikrosonde. Die Ergebnisse zeigen die Unmöglichkeit auf, die Alkaliionen der Gläser quantitativ gegen solche der Schmelzen auszutauschen. Der höchste erreichbare Austauschgrad, der zudem noch sehr stark von Verunreinigungen der Schmelze durch das im Glas enthaltene Alkaliion abhängt, beträgt bei diesen Untersuchungen etwa 80 %. Konzentrations- und Temperaturabhängigkeiten der aus den Austauschprofilen berechenbaren binären Interdiffusionskoeffizienten werden bestimmt. Aus den Abweichungen zwischen gemessenem und nach dem Nernst-Planck-Modell berechnetem Interdiffusionskoeffizienten wird auf thermodynamisch nichtideales Lösungsverhalten in diesen Mischalkalisilicatsystemen geschlossen.

Alkali-ion exchange in silicate glasses The exchange of K⁺ and Na⁺ in a sodium aluminosilicate glass immersed in molten KNO₃, was studied both above and below Tg. Similar experiments were also made with a sodium silicate glass in RbNO₃ and a rubidium silicate glass in NaNO₃ Alkali distributions were investigated by electron microprobe. The results show that it is impossible to achieve complete exchange of alkali between glass and melt. The maximum degree of exchange, which depends strongly on the impurities in the melt, due to the alkali-ion contained in the glass, attained was 80 %. The temperature and concentration dependence of the effective binary diffusities were determined by calculation using the exchange profiles. Differences between the measured values and those calculated by means of the Nernst-Planck model were attributed to thermodynamically non-ideal behaviour, in these mixed alkali systems.

Echange d'ions alcalins dans les verres silicatés On étudie l'échange des ions K⁺-Na⁺ qui intervient entre un verre soude-alumine-silice et une fonte de KNO₃ de part et d'autre de la température de transformation du verre ; de même, on étudie les échanges Rb⁺-Na⁺ et Na⁺-Rb⁺ qui ont lieu respectivement entre un verre au silicate de soude et RbNO₃ et entre un verre au silicate de rubidium et NaNO₃. On utilise la microsonde électronique pour déterminer la distribution des alcalis dans les verres. Les résultats obtenus montrent qu'il est impossible d'échanger quantitativement les ions acalins des verres contre ceux des fontes. Le pour-centage maximum d'échange que l'on peut atteindre dans les conditions des essais est d'environ 80 %; ce pourcentage dépend en outre dans une large mesure de la contamination de la fonte par l'ion alcalin du verre. On détermine les rela-tions entre, d'une part, les coefficients binaires d'interdiffusion calculés à partir des profils d'échange et, d'autre part, la concentration et la température. Sur la Base des écarts relevés entre les coefficients d'interdiffusion mesurés et ceux calculés à l'aide d'un modèle de Nernst-Planck, on conclut à un comportement thermodynamique non idéal de ces systmes de silicates alcalins mixtes au cours de leur dissolution.