Density and boron coordination in heat-treated alkali-borosilicate glass

Abstract

The room temperature density of an alkali-borosilicate glass was determined as a function of heat treatment at 415 to 700 °C. It was found to decrease with temperature as expected on the basis of structural relaxation, but at temperatures above about 550 °C it was observed to increase. The increase is explained by the coarsening of the microphases in such glass. NMR studies revealed that the fraction of 4-coordinated borons in the glass decreases on rapid cooling, but that the N4 values are insensitive to subsequent annealing of the glass. Addition of alumina to such glass dramatically reduces the fraction of 4-coordinated borons, presumably due to competition for the Na+ ions by Al3+ ions to form AIO4 tetrahedra.

Die Dichte von Alkali-Borosilicatglas bei Raumtemperatur wurde in Abhängigkeit von einer Wärmebehandlung bei Temperaturen zwischen 415 und 700 °C bestimmt. Die Dichte nimmt mit steigender Temperatur ab, wie auf Grund von Strukturrelaxationen im Glas zu erwarten ist, und steigt bei Temperaturen über 550 °C wieder an. Die Dichtezunahme wird durch das Wachstum von Mikrophasen in diesem Glas erklärt. Untersuchungen der magnetischen Kernresonanzspektren ergaben, daß der Anteil an 4er-koordiniertem Bor im Glas durch schnelle Abkühlung verringert wird, daß aber die N4-Werte gegen eine nachfolgende Kühlung unempfindlich sind. Der Zusatz von AI2O3 führt zu einer starken Verringerung von Bor in 4er-Koordination, was wahrscheinlich auf die Bildung von AI04-Tetraedern auf Grund vorhegender Na^+-Ionen zurückzuführen ist.