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The effect of elastic stress and relaxation on crystal nucleation in lithium disilicate glass
(2004)
In the framework of a general theoretical approach recently developed, the effect of elastic stresses on the rate of nucleation of crystallites of critical sizes in the process of crystallization of lithium disilicate glasses is studied. Hereby both the evolution of elastic stresses due to changes in the specific volume of the crystallizing system (i.e., differences in the densities of the melt and the crystal) and their relaxation connected with viscous flow are taken into consideration. If the classical theory of nucleation is employed for the determination of the nucleation rates (modified by taking into account elastic stresses), elastic stresses may lead, for the system under consideration, to a decrease of the nucleation rate by up to two orders of magnitude. As shown, the theory allows an at least qualitatively correct incorporation of the effect of elastic stresses and stress relaxation into the description of nucleation phenomena in glass-forming melts.
Boratgläser zeigen im allgeneinen eine niedrige Glasübergangstemperatur, Tg, auf Grund der 3fach Koordination des Bors mit Sauerstoff. Der Zusatz von Alkali- und Erdalkalioxiden zur Glaszusammensetzung führt zunächst zu einem Anstieg von Tg auf Grund des Koordinationswechsels des Bors von der 3fach zur 4fach Koordination, was als Borsäureanomalie bekannt ist. Bei hohen Alkalioxidgehalten werden dann zunehmend Nichtbrückensauerstoffe (NBO) auf Kosten des tetraedrisch koordinierten Bor gebildet, was zur Senkung der Viskosität führt. Im Gegensatz zu diesem bekannten Verhalten der Alkalioxide (R2O) ist wenig über die Wirkung von Wasser in Boratgläsern bekannt. Daher sollen in dieser Arbeit die rheologischen Eigenschaf-ten von wasserreichen Kalk-Natron-Boratgläsern unter spezieller Berücksichtigung der Rolle des Wassers näher betrachtet werden. Zu diesem Zweck wurde Tg in Abhängigkeit des Na2O- und H2O-Gehalts mittels Differentialthermoanalyse (DTA) und Mikropenetrationsviskosimetrie untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass im Gegensatz zu Na2O Wasser in allen untersuchten Glä-sern und H2O-Konzentrationsbereichen (< 8 Gew.%) Tg deutlich verringert. Diese Beobachtung weist darauf hin, dass Wasser primär zur Bildung von NBO führt und kaum zu einem Koordina-tionswechsel des Bors beiträgt.
Wasser hat einen starken Einfluss auf die Depolymerisation des Glasnetzwerks silikatischer Gläser, was sich durch eine deutliche Senkung der Glasübergangstemperatur, Tg, bemerkbar macht. So hat Wasser einen großen Einfluss auf die Alterung, Ermüdung und das unterkritische Risswachstum in Gläsern. Sub-Tg Relaxationsphänomene spielen hier ebenfalls eine große Rolle, sind aber für Gläser mit hohen Gehalten an strukturell gebundenem Wasser kaum untersucht. In dieser Arbeit wurden daher Kalk-Natron-Silikat (NCS) und Natrium-Borosilikat (NBS) Gläser mit Wassergehalten von bis zu 8 Gew.% mittels Differentialthermoanalyse (DTA), Mikropenetration und vor allem dynamisch mechanischer Thermoanalyse (DMTA) zur Charakterisierung netzwerkbedingter Relaxationsmechanismen (alpha-Relaxation) im Bereich des Glasübergangs sowie weiterer schnellerer sub-Tg Relaxationsmechanismen (beta-, gamma-Relaxation) bei tieferen Temperaturen untersucht. Mit Hilfe der IR-Spektroskopie wurde der Gesamtwassergehalt und die Speziation des Wassers als molekulares Wasser oder als OH-Gruppe in den Gläsern bestimmt.
Für niedrige Wassergehalte treten zwei sub-Tg Verlustpeaks auf, die der Bewegung von Alkali bei tiefen Temperaturen (gamma-Relaxation) und einer kooperativen Bewegung verschiedener mobiler Spezies unter Beteiligung von OH bei höherer Temperatur (betaOH- Relaxation) zugeordnet werden können. Bei hohen Wassergehalten, bei denen ein messbarer Anteil an molekularem Wasser im Glas vorliegt, ist ein weiterer Verlustpeak zu beobachten, der mit der Bewegung von molekularem Wasser im Glasnetzwerk in Verbindung gebracht werden könnte (betaH2O-Relaxation).
Alternativer Holzschutz
(2004)
Die offenporige Struktur des Holzes und dessen chemische Zusammensetzung bieten sich an, über Tränkverfahren geeignete Precursoren so an den inneren Oberflächen des Holzes zu fixieren, dass bei anschließender thermischer Behandlung ein umweltfreundlicher anorganisch-organischer Verbundwerkstoff entsteht. Aus der Literatur sind hierzu verschiedene Ansätze bekannt. - Ziel der vorliegenden Arbeit sind Verbesserungen der biologischen Beständigkeit, der Feuchtebeständigkeit unter Beibehaltung bzw. leichter Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Holzes. Dies wird durch eine chemische Verbindung (Haftung) zwischen den verbundbildenden Phasen Holz und Precursor und eventuell zusätzlichen Einbau von funktionellen organischen Gruppen realisiert. Als Precursoren dienen über den Sol-Gel Weg hergestellte Kieselsole, die nach vollständiger thermischer Umsetzung zu rein anorganischen Phasen (SiO2) führen. Die Sol-Gel Synthese konnte so optimiert werden, dass durch die Behandlung eine homogene Beschichtung aller Oberflächen erreicht werden kann.