X-ray absorption studies of the short-range order in lithium aluminosilicate glass-ceramics

Abstract

Measurements of the Extended X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS) and of the X-ray Absorption Near Edge Structure (XANES) are presented as methods to determine the element specific short-range order in amorphous and crystalline materials. Changes of the short-range order of the nucleating agents in a lithium aluminosilicate glass are investigated as function of heat treatment to get information on the mechanisms of nucleation and crystallization. XANES of the Ti K-edge of the glass and of specimens of various stages of the ceramification indicates a change of the environment of Ti4+ ion from tetrahedral to octahedral coordination. The EXAFS results also show an increase of the coordination number of Ti4+ ion associated with a larger Ti-O distance during the devitrification of the glass.

Die kantennahe (XANES) und kantenferne (EXAFS) Röntgenabsorptionsspektroskopie sind Methoden zur elementspezifischen Untersuchung der Nahordnung in amorphen und kristallinen Materialien. Die Änderung der Nahordnung der keimbildenden Zusätze eines Lithium-Alumosilicatglases wird in Abhängigkeit von der Temperung des Ausgangsglases untersucht, um daraus Rückschlüsse auf den Keimbildungs- und Kristallisationsprozeß des Glases zu ziehen. XANES an der Ti-K-Kante des Glases und der einzelnen Stufen der Keramisierung ergibt für das Ti4+ -Ion den Wechsel von einer tetraedrischen zu einer oktaedrischen Sauerstoffkoordination. Die Auswertung der EXAFS-Spektren zeigt ebenfalls die Zunahme der Koordinationszahl, gekoppelt mit einer Vergrößerung des Ti-O-Abstands im Verlauf der Keramisierung.