Solid-state MAS NMR studies of the structure of magnesium aluminosilicate oxynitride glasses

Abstract

Magic angle spinning (MAS) ²⁹Si and ²⁷Al NMR has been applied to study the structure of glasses in the system SiO₂-Al₂O₃-MgO with and without addition of Si₃N₄. Aluminium appears to be tetrahedrally coordinated. In contrast to studies of binary and quasibinary glasses, as a consequence of the large number of structural units, no splittings of the ²⁹Si NMR spectra into individual lines have been observed. Chemical shift and line width data have been discussed in terms of a structural model which rules out AI-O-AI, AI-Ο-Mg and Mg-Ο-Mg bonding as well as a binary distribution of Qⁿ units. The spectra indicate preferentially Si-N and to a lesser extent Al-Ν bonding if nitrogen is incorporated into the network.

Die ²⁹Si- und ²⁷AI-MAS-NMR-Spektroskopie wurde eingesetzt , um die Struktur von SiO₂ -Al₂O₃-MgO-Gläsern mit und ohne Zusatz von Si₃N₄ zu untersuchen. Es zeigt sich, daß Aluminium in diesen Systemen immer tetraedrisch koordiniert auftritt. Anders als bei MAS-Studien an binären oder quasibinären Gläsern wurde als Folge der großen Anzahl von verschiedenen Baugruppen keine Aufspaltung der ²⁹Si-NMR in individuelle Linien beobachtet. Die chemischen Verschiebungen und Linienbreiten wurden durch ein Strukturmodell erklärt, das AI-Ο-AI-, AI-Ο-Mg- und Mg-O-Mg-Bindungen ausschließt, ebenso wie eine binäre Verteilung von (Qⁿ-Einheiten. Bei Einbau von Stickstoff in das Netzwerk weisen die Spektren auf die Ausbildung von Si-N- und (in wesentlich geringerem Ausmaß) Al-N-Bindungen hin.