Devitrification of aluminosilicate glasses under applied electric fields

The effect of electrolysis on the devitrification of aluminosilicate glasses containing 2–10 wt. % Ti, V, Fe, Co and Ni was studied by DTA. In all cases the devitrification temperature is lowered under electrolysis by an amount greater than that which would be achieved by independently electrolysing or doping with the transition metal ion. The relative effect of the different transition metal ions on devitrification is explained in terms of the strengths of the respective metal-oxygen bonds and the octahedral/tetrahedral site preferences of the ions. The electrolysis mechanism is similar to that of the undoped base glass, but also includes migration of the transition metal ions to the cathode and the possibility of interaction between these species and the residual protons of the base glass.

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Zusammenfassung Der Einfluß der Elektrolyse auf die Entglasung von Alumosilikatglas-Arten mit 2 bis 10 Gew.% Ti-, V-, Fe-, Co- und Ni-Gehalten wurde mittels DTA untersucht. In allen Fällen wird die Entglasungstemperatur stärker herabgesetzt als bei unabhängig durchgeführter Elektrolyse oder Zusatz des Übergangs-Metall-Ions. Die relative Wirkung der verschiedenen Übergangs-Metall-Ionen wird aufgrund der Stärke der betreffenden Metall-Sauerstoff-Bindungen und des Vorrangs der tetraedrischen bzw. oktaedrischen Stellen der Ionen erklärt. Der Mechanismus der Elektrolyse ist ähnlich wie bei Gläsern ohne Zusatz, umfaßt aber auch die Wanderung des Übergangs-Metall-Ions zur Kathode und die Möglichkeit der Aufeinanderwirkung dieser Arten und der Restprotone des Grundglases.

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Résumé On a étudié par ATD l'effet de l'électrolyse sur la dévitrification de verres types aluminosilicates contenant 2 à 10 % en poids de Ti, V, Fe, Co et Ni. Dans tous les cas la température de la dévitrification est abaissée d'une manière plus importante sous électrolyse que si celle-ci est effectuée indépendamment ou que par dopage par des ions des métaux de transition. L'effet relatif des divers ions des métaux de transition s'explique en termes de forces des liaisons respectives du métal et de l'oxygène ainsi que par la préférence des ions pour les sites octaédriques ou tétraédriques. Le mécanisme de l'électrolyse est similaire pour les verres sans additifs. Il comprend cependant aussi la migration de l'ion du métal de transition vers la cathode et la possibilité de l'interaction de ces espèces avec les protons résiduels du verre de base.

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, 2–10 Ti, V, Fe, Ni, . , , . - / . , , .

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We are indebted to Professor J. F. Duncan for advice and helpful criticism, Mr. R. A. Kennerley for the use of the thermal analyser, Dr. G. Challis for the electron microprobe analyses and Mr. G. D. Walker for the scanning electron microscopy.