Theoretische und experimentelle Untersuchungen der Frühstadien bei der wässrigen Korrosion von Silicatgläsern

Djambazov, Peter Stoyanov; Conradt, Reinhard

doi:5037

Theoretische und experimentelle Untersuchungen der Frühstadien bei der wässrigen Korrosion von Silicatgläsern = Theoretical and experimental investigations of the early stages by the aqueous corrosion of silicate glasses

Djambazov, Peter Stoyanov (Author)

2014

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Peter Stoyanov Djambazov

ImpressumAachen 2014

Umfang90 Bl. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2014

Zsfassung in dt. und engl. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Conradt, Reinhard (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2014-04-29

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-50375
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/229815/files/5037.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Korrosion (Genormte SW) ; Glas (Genormte SW) ; Auflösung (Genormte SW) ; Extraktion (Genormte SW) ; Nassätzen (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; corrosion (frei) ; glass (frei) ; dissolution (frei) ; leaching (frei) ; etching (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Die ersten Schritte des Glasangriffes durch wässrige Spezies sind von höchster Relevanz für den Einsatz der bedeutenden Werkstoffgruppe oxidischer Gläser. Die Grundlagen des beginnenden Glasangriffes sind aber bisher leider nur wenig erforscht. In der gegenwärtigen Arbeit wird die Anfangsphase der Korrosion in entionisiertem Wasser bei 90°C von vier dreikomponentigen praxisorientierten Glassorten mit der molaren Zusammensetzung 14 Na2O, 14 MxOy, 72 SiO2 untersucht, wobei MxOy = CaO, ZnO, B2O3, Al2O3 ist. Die konkreten getesteten Korrosionszeiten der mittels Sägen, Polieren und chemischem Nanoabätzen hergestellten rechteckigen Glasplättchen erstrecken sich von 1 bis 96 h unter stationären Bedingungen und bei einem Verhältnis von Probenoberfläche zu Lösungsvolumen von 0.10 cm-1. Nach jedem Korrosionsversuch erfolgt eine gravimetrische Analyse der Glasproben und parallel dazu eine chemische Analyse der verwendeten Lösungen. Die genauen Mengen der extrahierten Glaskomponenten werden via F-AAS und ICP-OES ermittelt. Die Transformation in der korrodierten Glasoberfläche von den untersuchten Proben wird dank einer optimierten sequentiellen Feinätztechnik mit stark verdünnter HF/HNO3 weiter analysiert. Dabei werden sehr feine Abtragtiefen im Bereich zwischen 5 und 20 nm pro Ätzschritt je nach Glassorte erzielt. Diese Methode erlaubt eine quantitative Analyse in absoluten Konzentrationen. Zusätzlich wird auch die Zusammensetzung der charakteristischen Oberflächenzone mit Hilfe von SNMS untersucht. Die gesammelten Ergebnisse werden in Hinblick auf die Initiierung der Glaskorrosion und die Konkurrenz zwischen den Mechanismen der Auslaugung, Netzwerkauflösung, Rekondensation bei der Entstehung der modifizierten Oberflächenzone gedeutet.

The first steps of the glass corrosion by aqueous species are always of a big relevance for the application of the important oxide glass material group. The basics of the initiating aqueous attack are until today unfortunately not enough ascertained. In the current research work the initial stages during the corrosion process in deionized water at 90°C for four ternary praxis-oriented glasses of the following molar composition 14 Na2O, 14 MxOy, 72 SiO2 with MxOy = CaO, ZnO, B2O3, Al2O3 are investigated. Monolithic glass samples prepared via precise cutting, polishing and chemical nano-etching are immersed in H2O for selected exposure times between 1 and 96 h under static conditions at a constant remaining glass surface area to solution volume ratio s = 0.10 cm-1. After each corrosion test the mass loss of the treated specimen is measured with an analytical 6-digit balance. The equivalent components extracted from the examined glasses are detected by subsequent chemical analysis of the leachants via F-AAS and ICP-OES. The transformations in the corroded surface of the treated samples are further investigated through an optimized sequential etching technique using strongly diluted HF/HNO3. Thereby very small removal depths within the range between 5 and 20 nm per step for the four different glass types are obtained. The method allows the quantification of the stripped very thin surface layers in absolute concentrations. In addition the composition of the characteristic subsurface zone is analyzed with the help of SNMS. The obtained results are explained in view of the possible glass corrosion initiation and the competition between leaching, hydration, recondensation during the formation of the modified subsurface zone.

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