The Effect of Lanthanides on Viscosity of Re-SI-MG-O-N Glasses

Efecto de los lantánidos en la viscosidad de los vidrios Re-SI-MG-O-N

Se investigó el comportamiento de fluencia en compresión de los vidrios RE-Si-Mg-O-N (RE = La, Yb, Sm y Lu) para determinar la dependencia de la temperatura de su viscosidad en el intervalo de temperaturas comprendido entre 770 °C y 895 °C. La viscosidad y la transferencia de calor a través del vidrio (T_g) aumentaron > 10 veces y 26 °C cuando La se sustituyó por Lu en los vidrios correspondientes. Asumiendo valencia Z = +3 y número de coordinación CN = 6 de los iones RE, T_g depende aproximadamente linealmente de la intensidad de campo catiónico excepto Yb. La T_g de los vidrios que contienen Yb también cae en dependencia lineal siempre que CN = 8 en el caso del Yb. Los lantánidos parecen modificar la estructura de los vidrios correspondientes y la fuerza de enlace más que los mecanismos de deformación.

INTRODUCCIÓN

El interés de los investigadores y la industria por los vidrios de oxinitruro que contienen tierras raras (RE) se origina en sus esfuerzos por desarrollar cerámicas con un mejor comportamiento a altas temperaturas. Los estudios de microscopía electrónica de alta resolución revelaron que los límites de grano en el nitruro de silicio y otras cerámicas estructurales consisten en vidrios, que son relativamente similares a los vidrios de RE-oxinitruro [1]. Son los residuos de la sinterización en fase líquida y permanecen como un vidrio intergranular en los límites de grano. A pesar de su pequeño espesor, la sala de control de películas de vidrio residual y propiedades de alta temperatura. El concepto de ingeniería de límite de grano [2] combinado con polvos de alta pureza y una mejor tecnología de densificación dio como resultado mejoras notables en las cerámicas de nitruro de silicio [3-6]. Las últimas generaciones de materiales pueden soportar temperaturas 180 °C más altas que los grados anteriores. Aparentemente, el aumento se debe a la presencia de Lu en el vidrio residual [5, 6]. Por lo tanto, es necesario un estudio detallado del efecto de Lu sobre las propiedades de los vidrios.

A lo largo de los años, los propios vidrios de oxinitruro se han convertido en objeto de estudio interesante debido a una amplia gama de propiedades mecánicas, eléctricas y ópticas y posibilidades para su control [7-19]. Los óxidos de lantánidos con un alto número de átomos como modificadores de la red son muy efectivos para modificar una variedad de propiedades debido a la llamada "contracción de los lantánidos": los elementos con un mayor número de átomos tienen radios iónicos más pequeños [20]. Los átomos más pequeños se pueden incorporar más fácilmente en la red de vidrio y producir una estructura más compacta con mejores propiedades reológicas. Varios estudios experimentales confirmaron correlaciones lineales entre el radio iónico del lantánido correspondiente y los coeficientes de expansión térmica, la viscosidad, el volumen molar y las temperaturas de reblandecimiento en vidrios RE-Si-Al-O-N [8-11, 18, 19]. Otro factor importante que controla las propiedades reológicas del vidrio es la presencia de nitrógeno, que actúa como formador de redes [7, 13-19].