Einsatz stabiler Isotope zur Diffusionsmessung in Gläsern

Abstract

Für eine Vielzahl von Transportvorgängen in festen und schmelzflüssigen Gläsern ist nicht die Beweglichkeit der „schnellen" Alkali- und Erdalkaliionen geschwindigkeitsbestimmend, sondern die der Netzwerkbildnerspezies, wie beispielsweise Sauerstoff, Silicium und Bor. Gerade für diese Elemente existieren keine Radioisotope, die sich als „Tracer" für Diffusionsexperimente eignen, so daß sich deswegen der Einsatz stabiler Isotope anbietet. Die Diffusionsmeßverfahren mit stabilen Tracern (¹⁸O, ³⁰Si usw.) erfordern isotopenspezifische Nachweismethoden. Es werden im wesentlichen die verschiedenen massenspektrometrischen Verfahren für die Ermittlung der Eigenbeweglichkeiten (Selbstdiffusionskoeffizienten) der Netzwerkbildnerspezies vorgestellt und kritisch erörtert. In einer kurzen Übersicht wird ferner auf aktivierungsanalytische Nachweismethoden und kernmagnetische Resonanz-Verfahren eingegangen, da auch diese Methoden isotopenspezifisch sind und im begrenzten Maße Aussagen über Diffusionskoeffizienten zulassen. Die aus der Literatur vorliegenden Daten der Selbstdiffusion stabiler Isotope in Gläsern unterhalb und oberhalb der Transformationstemperatur sind tabellarisch zusammengestellt. Application of stable isotopes for diffusion measurements in glasses For many transport processes in solid and molten glasses the rate is not determined by the mobile alkali and alkaline earth ions but instead by the network speeles such as oxygen, silicon and boron. As no radioactive isotopes suitable for tracer diffusion experiments exist for these elements, stable isotopes must be used. Experiments with stable tracers (¹⁸O, ³⁰Si etc.) require methods sensitive to specific isotopes. The various mass spectrometrie methods of determining the self-diffusion coefficients of these network species are described and critically reviewed. A brief review of activation analysis and nuclear magnetic resonance techniques is also included because these methods are isotope specific and allow limited references for the diffusion coefficients. Data on self-diffusion coefficients available in the literature both below and above the transformation range are tabulated. Utilisation d'isotopes stables pour la mesure de la diffusion dans les verres Pour hon nombre de processus de transport dans les verres à l'état solide et fondu, la vitesse n'est pas contrôlée par la mobilité des ions alcalins et alcalinoterreux, mais par le type de formateur de réseau tel que l'oxygène, silicium et bore. Pour ces éléments, il n'existe pas de radioisotopes susceptibles d'être utilisés comme traceurs pour les essais de diffusion, mais on a la possibilité d'utiliser des isotopes stables. Les méthodes de mesure de la diffusion faisant appel à des traceurs stables (¹⁸O, ³⁰Si, etc.) exigent des méthodes de décèlement spécifiques aux isotopes. On présente et discute essentiellement différents procédés de spectroscopie de masse qui permettent de déterminer la mobilité propre (coefficient d'autodiffusion) des différents formateurs de réseau. On donne ensuite un bref aperçu des méthodes de décèlement par activation et des procédés RMN, procédés qui sont également spécifiques aux isotopes et qui permettent d'obtenir certains renseignements sur le coefficient de diffusion. Les données de la littérature concernant l'autodiffusion d'isotopes stables dans les verres au-dessus et au-dessous de la température de transformation ont été regroupées sous forme de tableaux.