ASAXS - Helmholtz-Zentrum Berlin

6.3 Dichtebestimmung der Glaskeramiken für die nanochemische ASAXS-Auswertung
2. 2CdF2 + SiO2 → 2CdO + SiF4 ↑
3. 3CdF2 + B2O3 → 3CdO + 2BF3 ↑
4. 3CdF2 + Al2O3 → 3CdO + AlF3 ↑
5. Al2O3 + 6HF → 2AlF3 ↑ +3H2O ↑
Eine mögliche ablaufende Reaktion ist die Reaktion 1, wobei das Wasser aus der umgebenden
Raumluft bezogen wird. Diese Reaktion führt zu einer Umwandlung von Cadmiumfluorid
zu Cadmiumoxid sowie zur Bildung von Fluorwasserstoff, der bei Temperaturen oberhalb von
19.5 ◦ C gasförmig ist und aus der Schmelze evaporiert, d. h., die Konzentration in der Schmelze
an Fluor nimmt ab und die Konzentration an Sauerstoff nimmt zu. Dieses Verhalten ist in
Abb. 6.3 zu erkennen.
Eine weitere Reaktion ist die Reaktion 2 von Cadmiumfluorid mit Siliziumdioxid zu Cadmiumoxid
und Siliziumtetrafluorid. Letzteres Reaktionsprodukt liegt im gasförmigen Aggregatzustand
vor und wird aus der Schmelze evaporieren, wodurch der Siliziumgehalt reduziert
wird. Dieses Verhalten wurde in der Analyse gefunden. Die Reaktion 3 führt zur Bildung von
Bortrifluorid, gasförmiger Aggregatzustand, wodurch der Borgehalt der Probe reduziert wird.
Reaktion 4 von Cadmiumfluorid mit Aluminiumoxid zu Cadmiumoxid und Aluminiumfluorid
könnte ablaufen, allerdings liegt das Aluminiumfluorid im festen Aggregatzustand vor, wodurch
sich die Konzentrationen vom Aluminium nicht ändern sollten. Demzufolge wird diese
Reaktion sehr wahrscheinlich nicht ablaufen. Das Gleiche gilt auch für die mögliche Reaktion
5, wobei der Fluorwasserstoff das Reaktionsprodukt der Reaktion 1 ist.
Für die entwickelte ASAXS-Auswertemethode wird die Zusammensetzung der Glasanalyse
zugrunde gelegt, da es zu große Abweichung zwischen der Synthese und der Glasanalyse gibt.
6.3 Dichtebestimmung der Glaskeramiken für die
nanochemische ASAXS-Auswertung
Die Bestimmung der Probendichte der Glaskeramiken in Abhängigkeit von der Temperung
wurde am Otto-Schott-Institut in Jena durchgeführt. Die makroskopischen Dichten wurden
vom Grundglas und von drei Glaskeramikproben gemessen, die bei 405 ◦ C für 2, 4 und 8
Stunden getempert worden waren. Eine Auflistung der erhaltenen Werte ist in Tabelle 6.4
angegeben. Die Probendichte sinkt mit zunehmender Temperdauer, wobei sich der Prozess
mit steigender Temperdauer verlangsamt. Eine mögliche Erklärung für dieses Phänomen ist
die einsetzende Kristallisation. Das Grundglas (Probe S0), das nahezu amorph ist, hat eine
Dichte von 6.3723 g/cm 3 . Mit einsetzender Kristallisation entstehen lokal Nanokristallite, die
eine höhere Dichte aufweisen sollten. Infolge dessen ist die Dichte der umgebenden Glasmatrix
geringer im Gegensatz zum Ausgangsglas. Die gemittelten makroskopischen Dichten der
getemperten Proben sind demzufolge geringer. Nach der kompletten Kristallisation der Glaskeramik
müsste die Dichte einen konstanten Wert annehmen. Diese Tendenz ist in Abbildung
6.4 zu erkennen, welche die Abhängigkeit der Dichte von der Temperzeit zeigt.
Für die Bestimmung der Probendichte ρ für die restlichen Proben (S2-S4, S8) wurde der
Verlauf der gemessenen Dichtewerte als Funktion der Zeit durch eine exponentielle Zerfallsfunktion
angeglichen
�
ρ = A · exp
− t
τ
�
+ C. (6.1)
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