Entmischungsverhalten von Gläsern des Systems Na2O - CaO - SiO2 und ihre mechanischen Eigenschaften

Abstract

Phase separation of glasses of compositions (mole %) 12,5 Na2O; 12,5 CaO; 75 SiO2 and 10 Na2O; 10 CaO; 80 SiO2 was studied after heat treatments for different times at 650 °C, 760 °C or both. The morphology in the spinodal and binodal regions as well as at the boundary of the phase separation region is described. In the binodal region a typical Ostwald ripening was found which was much restricted by the high viscosity. Towards the boundaries of the immiscibility range great changes in phase separation are produced by relatively small changes in chemical composition caused by crystallization or the evaporation of components at high temperature. Elastic, shear and compression moduli as well as Poisson's ratio were measured by ultra sonic impulse and the bending strength of the glasses determined by three and four point loading; the transformation temperature Tg and density were also measured. Metastable binodal phase separation gave results different from those for spinodal separation. The properties also depend on the extent and texture of phase separation in a characteristic way. On etudie le comportement à la demixtion des verres de composition molaire (en %) 75 SiO2; 12,5 CaO; 12,5 Na2O et 80 SiO2; 10 CaO; 10 Na2O apres differents temps de traitement à 650 ou/et 760 °C. On decrit la morphologie dans le domaine spinodal ou binodal ainsi qu'à la limite du domaine de demixtion. Dans le domaine binodal, on trouve un „murissement d'Ostwald" typique qui est soumis à un fort ralentissement en raison de la viscosite elevee. Dans le domaine limite de demixtion, ont heu, de ja lors de modifications chimiques relativement faibles, par cristallisation ou volatilisation des constituants à haute temperature, des changements importants dans le comportement à la demixtion. On mesure, par ultrasons, le module d'elasticite, de cisaillement, de compression et le coefficient de Poisson et la resistance à la flexion en 3 ou 4 points; en outre, on determine la temperature de transformation Tg et la masse volumique. Lors de la demixtion binodale metastable, les proprietes du verre ne sont pas les memes que lors de la demixtion spinodale. De plus, ces proprietes dependent de fagon caracteristique de l'importance de la demixtion (texture). Das Entmischungsverhalten von Gläsern der Zusammensetzungen (Stoffmengengehah in %) 75 SiO2; 12,5 CaO; 12,5 Na2O und 80 SiO2; 10 CaO; 10 Na2O nach verschiedenen Behandlungszeiten bei 650 oder/und 760 °C wird untersucht. Die Morphologie im spinodalen und binodalen Bereich sowie an der Grenze des Entmischungsbereiches wird beschrieben. Im binodalen Bereich wird eine typische Ostwaldreifung gefunden, die auf Grund der hohen Viskosität einer starken Hemmung unterworfen ist. Im Grenzbereich der Mischungslücke treten schon bei relativ geringen chemischen Änderungen durch Kristallisation oder Verflüchtigung von Komponenten bei hohen Temperaturen drastische Veränderungen im Entmischungsverhalten auf. Mit dem Ultraschallimpulsverfahren werden Elastizitäts-, Schub-, Kompressionsmodul und die Poissonzahl und mit dem Drei- und Vierpunktverfahren die Biegefestigkeit der Gläser gemessen; außerdem werden die Tranformationstemperatur Tg und Dichte bestimmt. Es ergeben sich bei metastabiler binodaler Entmischung andere Glaseigenschaften als bei spinodaler Entmischung. Außerdem hängen diese Eigenschaften von der Stärke der Entmischung (Gefüge) in charakteristischer Weise ab.