Brechungsindexübergänge infolge von Diffusionsvorgängen beim Verschmelzen von Gläsern

Abstract

Brechungsindexübergänge in zusammengeschmolzenen Gläsern weisen oft komplizierte Verläufe auf. Ihre Entstehung wie auch Möglichkeiten, sie gezielt durch Wahl von Temperatur und Zeitdauer des Verschmelzprozesses zu variieren, ergeben sich aus dem Diffusionsverhalten der beteiligten Glaskomponenten. Daher wurden in der vorliegenden Arbeit an zusammengeschmolzenen Proben aus zwei SiO₂-CaO-K₂O-Gläsern sowohl Brechungsindexübergänge als auch Diffusionsverhalten der Glaskomponenten untersucht. Der Brechungsindexverlauf wurde mit einem Interferenzmikroskop bestimmt. Dabei mußten experimentelle Vorkehrungen getroffen werden, um Strahlabweichungen in den Proben unter der Einwirkung des Brechungsindexgradienten möglichst gering zu halten. Die verbleibenden Abweichungen konnten rechnerisch korrigiert werden. In Abhängigkeit von der Verschmelztemperatur konnten verschiedene Typen von Übergängen gefunden werden, teilweise mit wesentlich höheren und tieferen Brechungsindexwerten, als sie in den Ausgangsgläsern vorhanden waren. Die Diffusionskoeffizienten wurden nach einer eigens entwickelten Meßmethode mit der Elektronenstrahlmikrosonde bestimmt. Aus dem Diffusionsverhalten der Glaskomponenten war es gut möglich, 1. die Entstehung der Brechungsindexübergänge zu erklären, 2. Möglichkeiten zu ihrer Beeinflussung aufzuzeigen und 3. die Übergänge aus den Diffusionsdaten mit guter Übereinstimmung rechnerisch zu ermitteln.

Changes of refractive index as a result of diffusion processes in glass seals Glass to glass seals often show complicated refractive index transitions. These changes depend on the diffusion behaviour of the constituents of the glasses concerned in the particular time-temperature schedule used in sealing and it is possible to vary them by changing time and temperature. Refractive index changes and the diffusion of the con-stituents have therefore been investigated when two different SiO₂-CaO-K₂O glasses are sealed together. Refractive index transitions were determined with an interference micro-scope. This requires special experimental precautions to minimize the deviation of the rays by the refractive index gradient in the material; the residual deviations can then be corrected by calculation. Different types of changes can occur, depending on the sealing temperature and can produce regions with refractive indices either distinctly higher or distinctly lower than those of the two original glasses. Diffusivities were determined by a method involving electron microprobe analysis and the results clarify the source of the refractive index gradients, show how they may be influenced and give good agreement between observed values and those calculated from diffusion data.

Transferts d'indices de réfraction dus aux phénomènes de diffusion lors de la soudure de verres Les transferts d'indices de réfraction dans les verres assemblés par soudure présentent souvent des variations complexes. Le comportement à la diffusion des constituants des verres concernés permet de déterminer l'apparition de ces phénomènes et d'en faire varier le déroulement dans un but bien précis, en choisissant la température et la durée du processus de soudure. Le présent travail étudie donc à la fois les transferts d'in-dices de réfraction et le comportement à la diffusion des con-stituants des verres sur des échantillons soudés de deux verres SiO₂-CaO-K₂O. On détermine la variation de l'indice de réfraction à l'aide du microscope interférentiel, ce qui contraint à prendre certaines dispositions expérimentales afin de réduire au maximum toute perturbation du rayonnement dans les échantillons sous l'influence des gradients d'indice de réfraction. Les écarts qui subsistent peuvent être corrigés par le calcul. En fonction de la température de soudure, on trouve différents types de transfert aboutissant ä des valeurs d'indice de réfraction nettement plus élevées ou nettement plus faibles que celles des verres de Base. Les coefficients de diffusion sont déterminés à l'aide d'une méthode de mesure mise au point par les auteurs, qui utilise la microsonde électronique. A partir du comportement à la diffusion des constituants des verres, il est possible : 1.d'expliquer l'apparition des transferts d'indices de réfraction; 2.de montrer comment on peut influer sur ces phénomènes; 3.de calculer ces transferts avec une précision satisfaisante ä partir des données relatives à la diffusion.