Einfluß der thermischen Vorgeschichte auf die Natriumdiffusion in Kieselglas

Abstract

Proben aus kommerziellem Kieselglas wurden durch thermische Vorbehandlung die fiktiven Temperaturen 1040, 1100, 1200, 1300, 1460, 1500, 1580 und 1650 °C gegeben. An diesen Gläsern wurde zwischen 250 und 1000 °C die 22Na-Diffusion bestimmt. Proben der fiktiven Temperaturen 1200 bis 1650 °C weisen zwischen 600 und 1000 °C das zu erwartende Minimum im Diffusionskoeffizienten auf; demgegenüber zeigen unterhalb von 600 °C alle Proben etwa dasselbe Diffusionsverhalten wie das ungetemperte Ausgangsglas. Ein Vergleich der Diffusionszeiten t mit den Relaxationszeiten τ der von Brückner gefundenen Volumenrelaxationen ergibt t ≪ τ für die Dilatationen oberhalb 600 °C und t ≫ τ für die auf die Vorordnungsstruktur zurückzuführenden schnellen Kontraktionen unterhalb 600 °C. Ein Diffusionsexperiment der hier beschriebenen Art ist also nur oberhalb 600 °C zum Nachweis der verschiedenen Strukturzustände befähigt. Unterhalb 600 °C treten komplexe Diffusionsprofile auf, die durch Überlagerung zweier Einzelprozesse mit unterschiedlichen Diffusionskoeffizienten beschreibbar sind. Diese Diffusionsprozesse werden modellmäßig und strukturell diskutiert. Der Mechanismus der Na-Diffusion in diesen Gläsern ist in ähnlicher Weise in einem Austausch zwischen 22Na+ aus dem Tracer gegen 23Na+ aus Verunreinigungen im Glas (Selbstdiffusion) zu sehen wie beim ungetemperten Ausgangsglas.