Stickstoffhaltige Na2O-CaO-SiO2-Gläser

Abstract

In Glasschmelzen der Zusammensetzung (Stoffmengengehalt in %) 16Na2O, 10 CaO und 74 SiO2 wurde bis zu einem Massengehalt von 3 % Stickstoff eingebaut, indem im Graphittiegel Si3N4 in entsprechenden Mengen zugeschmolzen wurde. Die Details der Herstellungsmethode werden besprochen. Die erhaltenen Oxinitridgläser, deren Kationenverhältnis Na : Ca : Si möglichst konstant gehalten werden sollte bei gleichzeitiger Variation des Verhältnisses Ο : N, sind grau gefärbt. Diese Graufärbung ist wahrscheinlich auf kolloidales metallisches Silicium zurückzuführen, das sich unter reduzierenden Bedingungen bildet. An den erhaltenen Gläsern wurden zahlreiche Eigenschaften gemessen. Die gefundenen Eigenschaftsveränderungen lassen sich in zwei Gruppen einteilen. Dichte und Brechungsindizes steigen mit etwa 0,3 % je Prozent eingebautem SiN4/3 (Stoffmengengehalt) an, was im wesentlichen auf die dichtere Packung der Oxinitridgläser zurückzuführen ist. Viskosität, Transformationstemperatur, elastische Konstanten, konventionelle und lastunabhängige Vickershärten und kritischer Spannungsintensitätsfaktor steigen wesentlich stärker an, die Zunahme liegt zwischen etwa 0,7 (Poissonzahl) und etwa 300 % (Viskosität bei 1250 °C) je Prozent eingebautem SiN4/3. Neben der dichteren Packung wirkt hier auch die höhere Bindungsenergie der Oxinitridgläser mit. Lediglich der thermische Ausdehnungskoeffizient fällt mit steigendem Stickstoffgehalt der Gläser leicht ab. Dies kann aus der gegenläufigen Tendenz verschiedener Faktoren erklärt werden. Es wird versucht, den Einfluß des eingebauten Stickstoffs auf einige der Eigenschaften qualitativ und quantitativ an Hand vorhandener Modelle zu diskutieren.