The influence of minor components on the structural reorganization in glassforming materials

Abstract

Correlation of structure parameters of glasses and related crystals formed in homogeneous or heterogeneous nucleation processes by thermal treatment is discussed on the basis of DTA, TG and EGA measurements in relation to the textural patterns of the materials. For cordierite glass, crystallization of metastable disordered cordierite polymorphs is related to an exothermic heat evolution and simultaneous with a small weight loss (appr. 0.025%). By MS-EGA, evolution of water was determined during the transformation of the metastable melt to a metastable intermediate crystalline phase. Interpretation of the crystallization by comparing the available structure parameters of cordierite glasses and crystals alone is insufficient to explain the role of water in the kinetics of crystallization. Optical and electron microscopy of the primary crystallization phenomena show the metastable solid solution with low quartz-type structure. Interpretation of the crystallization behaviour in terms of conventional theory of nucleation and crystal growth is impossible.

Zusammenfassung

Auf der Grundlage von DTA-, TG- und EGA-Messungen wurde in Bezugnahme auf die Texturmodelle die Korrelation der Strukturparameter von Gläsern und der entsprechenden, durch Hitzebehandlung in homogenen oder inhomogenen Keimbildungsprozessen geformten Kristalle besprochen. Bei Kordieritglas ist die Kristallisierung des metastabilen, ungeordneten, polymorphen Kordierits mit einer exothermen Wärmeentwicklung und einem simultanen geringfügigen Gewichtsverlust (etwa 0.025%) verbunden. Während der Umwandlung der metastabilen Schmelze in eine metastabile, kristalline Zwischenphase wurde mittels MS-EGA die Freisetzung von Wasser ermittelt. Die Interpretation der Kristallisierung anhand eines Vergleiches der zugänglichen Strukturparameter von Kordierit-Gläsern mit denen der Kristalle allein reicht nicht aus, um die Rolle des Wassers in der Kristallisationskinetik zu erklären. Optische und Elektronenmikroskopie der primären Kristallisierungserscheinungen zeigen überraschenderweise metastabile Mischkristalle mit Quarz-Struktur. Eine Interpretation des Kristallisationsverhaltens mit Hilfe der üblichen Theorie von Keimbildung und Keimwachstum ist unmöglich.