Nitridation of phosphate glass melts with ammonia

Abstract

A sodium metaphosphate glass melt was nitrided with ammonia in a newly designed tilted tube furnace with a rotating crucible. An optimum nitridation temperature of 780 °C led to 7.2 wt% of nitrogen in a clear glass in only 10 h. Crystallization of this glass was greatly reduced by incorporation of nitrogen. From the present results a reaction mechanism and structural model is developed for this incorporation. This model provides a better understanding of the nitridation process and may lead to successful nitridation of compositions with a P/Na ratio > 1. Based on thermodynamic considerations, the use of a graphite crucible is thought to play a role in the development of brown glasses at temperatures greater than 780 °C via reduction to phosphorus. Eine Natriummetaphosphatglasschmelze wurde in einem neu konstruierten, schräggestellten Röhrenofen mit rotierendem Schmelztiegel mit Ammoniak nitridiert. Eine Nitridierungstemperatur von 780 °C hat sich als optimal erwiesen und führte in 10 h zu einem klaren Glas mit einem Massengehalt von 7.2 % Stickstoff. Die Kristallisationsneigung dieses Glases wurde durch den Einbau von Stickstoff in hohem Maße reduziert. Aus den experimentellen Ergebnissen wurden ein Reaktionsmechanismus und ein Strukturmodell für den Einbau von Stickstoff in die Glasstruktur abgeleitet. Dieses Modell erlaubt ein besseres Verständnis der Nitridierung und könnte zur erfolgreichen Nitridierung von Zusammensetzungen mit einem P/Na-Verhältnis > 1 führen. Gestützt auf eine thermodynamische Überlegung liegt die Annahme nahe, daß der verwendete Graphitschmelztiegel an der durch Reduktion des Phosphors über 780 °C auftretenden Bildung brauner Gläser beteiligt ist.