Preparation of Li₂O-SiOs₂ gels and glasses by sol-gel methods

Abstract

Li2O—SiO2 gels with lithia contents from 5 to 40 mol% have been prepared by several sol-gel methods. Silicon ethoxide and silicon methoxide have been used as starting silicon compounds while different lithium alkoxides and lithium salts were tried as lithium carriers. Drying Control Chemical Additives (DCCAs) were also used. The gelling behavior and the state of the gels are reported for the different routes of preparation. Monolithic gels could be obtained by the use of formamide as a DCCA but not with glycerol. Many samples were dried and annealed then to temperatures up to 600 °C. Onset and kind of crystallization were observed by x-ray diffraction. The structural development was investigated by 29Si NMR. Li2O-SiO2 gel glasses crystallize much more easily, compared to conventionally melted glasses. On the other hand, they can be prepared very purely due to the use of the special chemical starting compounds. Li2O—SiO2- Gele mit Li2O-Stoffmengengehalten zwischen 5 und 40% wurden nach verschiedenen Sol-Gel-Methoden hergestellt. Tetraethoxysilan und Tetramethoxysilan wurden als siliciumhaltige Ausgangsverbindungen benutzt, während als Lithiumträger verschiedene Alkoxide und Salze ausprobiert wurden. Trocknungshilfsmittel kamen ebenfalls zur Anwendung. Für die unterschiedlichen Herstellungsmethoden werden das Gelierungsverhalten und der Zustand der Gele mitgeteilt. Monolithische Gele konnten mit Formamid als Trocknungshilfsmittel hergestellt werden, nicht aber mit Glycerin. Diverse Proben wurden getrocknet und bei Temperaturen bis zu 600 °C wärmebehandelt. Einsetzen und Art der Kristallisation wurden mittels Röntgenbeugung verfolgt. Die strukturelle Entwicklung wurde mit Hilfe der 29Si-NMR untersucht. Verglichen mit herkömmlich erschmolzenen Gläsern kristallisieren Li2O—SiO2- Gelgläser viel leichter. Auf der anderen Seite können diese mit besonders geringen Verunreinigungen hergestellt werden, da von speziellen chemischen Verbindungen ausgegangen wird.